MTE - 138

CURSO ONLINE DE ESTRUTURAS DE AÇO

Carlos Alberto Cabral de Azevedo1, Luiz Eduardo Wormsbecker1, Leonardo Müller Adaime1, Jorge Luís Milek1

e Sérgio Scheer1

Universidade Federal do Paraná – UFPR1

CESEC – Centro de Estudos de Engenharia Civil “Prof. Inaldo Ayres Vieira”Centro Politécnico – Jardim das Américas

81531-990 – Curitiba – PRcesec@cesec.ufpr.br

Resumo. O objetivo principal deste trabalho é apresentar alguns detalhes do desenvolvimento deum curso online fazendo uso de ferramentas computacionais existentes, mostrando graficamentetodas as fases do projeto e fabricação de estruturas metálicas. A primeira parte do curso estáfocada no aço em si, suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, sua classificação,tratamento térmico e comercialização de acordo com padrões estabelecidos. A segunda partedemonstra os cuidados com os elementos estruturais quando submetidos a esforços simples, quesão acompanhados com imagens, animações e com os conceitos teóricos envolvidos. Odimensionamento dos elementos estruturais é realizado de acordo com a NBR 8800 e demonstradoem exercícios resolvidos e ilustrados. Applets Java, aplicativos para a Internet, foramdesenvolvidos e são utilizados na resolução de exercícios através de uma interface de fácilutilização. A terceira parte compreende as patologias apresentadas pelas estruturas metálicasquando da não observância das características do ambiente e dos padrões de fabricação, além dasfalhas na manutenção das estruturas. O primeiro item analisa os tipos de corrosão e as formas deeliminá-las; o segundo analisa os tipos de ligações com suas vantagens e desvantagens, os defeitosdevido ao carregamento e os cuidados na hora da realização de projetos.

Palavras-chave: Aço, Estruturas, Ensino, Applets, Internet.

MTE - 139

1. INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas, com o advento dos computadores, houve um acelerado crescimento tecnológico.Primeiramente, eles apresentavam grandes dimensões, elevado custo de manutenção e baixa capacidade dearmazenamento de dados. O emprego dos computadores era restrito apenas a serviços militares ou em grandes centrosde pesquisa. Tratava-se de pontos isolados, sem comunicação entre eles, o que limitava a transmissão e ocompartilhamento de informações. No final da década de sessenta surgiram as primeiras pesquisas que levaram maistarde a criação de uma grande rede entre os computadores.

Com a popularização dos microcomputadores e a evolução desta rede de redes de computadores, hoje chamadade Internet, é possível obter qualquer informação a partir de qualquer lugar do planeta.

O ensino e a aprendizagem em Engenharia também têm sido fortemente afetados por esta acelerada evoluçãotecnológica. A chamada Era do Conhecimento demanda dos profissionais uma constante atualização de conhecimentose a Tecnologia da Informação tem proporcionado ferramentas e meios para auxiliar nesta constante requalificaçãoprofissional.

O desenvolvimento de softwares educacionais têm também ganhado impulso com as interfaces gráficasinterativas e recentemente pode se beneficiar da disponibilização via Internet de atualizações e novas versõeshipermídia (hipertexto mais multimídia).

Essas tecnologias da informação e comunicação proporcionam aos estudantes um rápido e fácil meio deaquisição de conteúdo, surgindo novos métodos de aprendizado como o uso de páginas interativas na Internet(homepages) para auxílio ao ensino e a aprendizagem como mostrado em trabalhos como o de Scheer et al. [1] einclusive com a possibilidade da utilização de recursos de ambientes virtuais tridimensionais como em Pompeu eScheer [2].

Neste contexto, a Internet e a World Wide Web (WWW) conferem benefícios de disseminação e acessibilidadea conteúdos diversos. Neste sentido, no presente trabalho é descrito o desenvolvimento de um curso online sobreestruturas de aço que utiliza os recursos disponíveis gráficos e interativos da atual rede mundial de computadores.

2. OBJETIVOS

O processo empregado no ensino de engenharia no país é, na maior parte das vezes, o mesmo de décadas atrás,por meio de aulas expositivas e desenhos em quadro-negro, que muito dependem do esforço artístico-manual dosprofessores.

Por vários anos, tem-se empregado retroprojetores ou programas de computadores no aprendizado deengenharia, na tentativa de obter uma aula mais dinâmica. A partir dos recursos disponíveis atualmente pela Internet, oobjetivo foi criar um curso sobre estruturas em aço, voltado principalmente aos alunos de graduação, professores daárea e interessados em geral.

O ensino das estruturas metálicas, em especial as de aço, está se sobressaindo devido ao impulso que a áreavem recebendo, com grandes investimentos financeiros e com o crescimento do mercado siderúrgico nacional.

No exterior, a tecnologia do aço vem sendo utilizada há muitos anos, com muitos estudos sobre ocomportamento do material e seu emprego em grandes obras de engenharia.

Com o avanço das estruturas metálicas no Brasil, e com o propósito de facilitar o aprendizado de alunos degraduação, buscou-se a elaboração de um curso sobre o assunto, veiculado pela Internet, podendo ser acessado por ummaior número de interessados.

Com o intuito de facilitar o ensino, procurou-se esclarecer conceitos teóricos envolvidos, vistos em sala deaula, fazendo uso dos recursos hipermediáticos (hipertextos + multimídia) existentes (imagens, vídeos, applets e textosacoplados via Internet/WWW), dispondo o conteúdo do curso de forma clara e precisa, proporcionando um alto grau deinteratividade com o usuário.

3. CONTEÚDO DO CURSO

O curso procura prender a atenção do usuário aumentando seu interesse pelo assunto através de um visualclaro, que facilita a absorção dos fundamentos teóricos por meio de textos e figuras sobre o tema. Para que tal objetivoseja alcançado, o conteúdo do curso foi dividido em duas partes, sendo que uma delas aborda os conceitos teóricos e aoutra permite a prática deles (Fig. 1).

MTE - 140

Figura 1 – Organização do curso

3.1. Conteúdo teórico

Introdução. Apresentação do material aço desde a obtenção da matéria-prima, detalhes do processo industrial,até a comercialização de acordo com padrões estabelecidos conforme aparece na Norma Técnica NBR 8880 - Projeto eDimensionamento de Estruturas de Aço em Edifícios [3] e em textos da área como o de Andrade [4] e o de Dias [5].Abordam-se as propriedades físicas e mecânicas do aço, as composições químicas, o processo de tratamento térmico, asclassificações do aço estrutural e os tipos de produtos existentes no mercado.

Dimensionamento. O conteúdo teórico sobre o dimensionamento de elementos estruturais tracionados ecomprimidos seguem as especificações da Norma Brasileira NBR 8800 [3] e outras referências como os trabalhos dePfeil [6], Queiroz [7] e Sales [8]. Procura-se abordar de forma clara todos os critérios necessários ao dimensionamentopor meio de textos, imagens ilustrativas ou tabelas.

Patologias. O curso demonstra as mais diversas patologias de obras com estruturas de aço (muitas delas nãopodem ser facilmente diagnosticadas e exigem atenção especial do fiscal durante a visualização na obra).

Como recurso adicional de estudo, existem fotografias que permitem o reconhecimento desses defeitos,seguidas por explicações sobre a ocorrência, causas e principais formas de controle.

Dentro do rol de problemas selecionados para fazer parte do conteúdo do curso, estão os tipos de corrosãosofridos pelo aço em ambientes diversos, problemas e defeitos ocasionados em ligações soldadas e parafusadas edesatenções durante a elaboração dos projetos.

Tendo em vista que não basta somente primar pela qualidade de produção de estruturas metálicas, essa parte docurso busca direcionar a atenção do aluno a uma forma coerente de lidar com o material aço.

3.2. Conteúdo prático

Applets. Para possibilitar o maior envolvimento do aluno com o curso, criar uma sensibilidade nodimensionamento de estruturas e permitir a conferência de exercícios, foram criados e disponibilizados pequenosaplicativos chamados applets (Cunha [9] e Scheer et al. [1]). Esses programas elaborados em linguagem Java (SunMicrosystems [10]) são executados na própria página (homepage) do curso, possuem interface gráfica simplespermitindo total interatividade com o usuário (Knudsen [11]. Deitel & Deitel [12]).

Atualmente o curso online conta com três applets: um para dimensionamento de barras tracionadas, outro paradimensionamento de barras submetidas à compressão e um terceiro, que dimensiona chapas tracionadas, levando emconta a área líquida crítica do perfil.

O primeiro aplicativo, localizado na seção de dimensionamento para peças tracionadas, calcula apenas o estadolimite de escoamento da seção bruta, não havendo preocupações em relação ao estado limite de ruptura da seção líquidaefetiva (Fig. 2).

O usuário pode escolher aço dos tipos MR 250 ou AR 345, selecionando também a forma da seção transversal.É possível calcular a resistência de cálculo para essa barra ou, com a força definida, calcular as dimensões da seçãonecessária. Os dados podem ser fornecidos via teclado, nos campos correspondentes, ou via mouse, alterandodimensões da peça e intensidade da força diretamente no desenho.

Todos os cálculos são efetuados conforme a Norma Brasileira NBR 8800 [3].

MTE - 141

Figura 2 – Applet de peças tracionadas

O segundo programa, de dimensionamento de barras comprimidas, calcula a resistência de cálculo para umadeterminada barra submetida a compressão (Fig. 3).

Nesse applet Java, o usuário determina inicialmente as características do perfil desejado. São dadas comoopções as séries de perfis I e C laminados, cantoneira de abas iguais e desiguais. Dentro de cada série há várias opçõesde perfis, com todas as características definidas, correspondentes aos mais utilizados. O usuário pode escolher um perfildiferente dos disponíveis, mas para isso deve fornecer todos os dados do perfil, como área e espessura da alma.

Figura 3 – Applet para dimensionamento de peças comprimidas

MTE - 142

Após determinado o tipo do perfil, deve-se selecionar a vinculação da barra ou determinar um valor docoeficiente de comprimento de flambagem calculado, no caso de pórticos. Depois de fornecidos o comprimento dabarra e a intensidade da carga normal, é fornecida a resistência de cálculo para os três tipos de aço normalizados maisutilizados: MR 250, AR 290 e AR 345.

Os cálculos também são realizados conforme a norma NBR 8800 [3] e levam em conta as flambagens local eglobal da barra.

O terceiro aplicativo se refere ao estado limite de ruptura da seção líquida efetiva (Fig. 4). Neste programa ousuário define, via teclado ou mouse, a posição e o diâmetro dos furos, bem como os caminhos que devem serverificados. Caso o caminho crítico não esteja entre os informados, o aplicativo indicará a solução correta.

Para definição de um caminho candidato, o usuário pode fazer uso de recursos de grade e passo (grid e snap).

Figura 4 – Applet para peças parafusadas tracionadas

Exercícios. Após a leitura dos fundamentos teóricos empregados no dimensionamento, o usuário pode realizaros exercícios propostos para aproximar o estudo à realidade profissional a partir de aplicação das fórmulas e métodosapresentados. Como em qualquer aprendizado, a fixação dos conceitos estudados é atingida mediante resolução de umasérie de exercícios propostos.

A fim de atingir uma das metas deste curso, que é o emprego dos recursos computacionais no aprendizado,todos os exercícios podem ser solucionados através dos applets correspondentes ao assunto, e os resultados poderão sercomparados aos obtidos pelo próprio usuário.

4. RECURSOS UTILIZADOS

O formato utilizado nas páginas é o obtido através da linguagem de descrição de páginas na WWW, a HTML(HiperText Markup Language), que permite a exibição em navegadores como o Microsoft Internet Explorer ou oNetscape Navigator. As vantagens do uso desse formato são a simplicidade de programação, atualmente difundidaatravés de muitos programas de edição visual, e o suporte que ele proporciona a alocação de textos, imagens, animaçõese applets, além da acessibilidade e disseminação dados pela Internet/WWW.

4.1. Applets Java

A linguagem de programação Java, desenvolvida pela Sun Microsystems [10], é na atualidade uma ferramentabastante difundida em aplicações para a WWW, tendo como característica ser orientada a objetos e permitir a criação deapplets, pequenos programas que podem ser executados diretamente em um navegador (browser) para a WWW.

4.2. Animações

Como recurso adicional de ilustração e para melhoria na compreensão de conceitos e do comportamento deelementos estruturais quando submetidos a esforços, o curso disponibiliza algumas animações construídas a partir doprograma 3D Studio Max.

MTE - 143

Figura 5 – Animação em 3D

4.3. Imagens

Como complementação dos hipertextos, foram criadas muitas imagens para expressar os fenômenoscontextualizados, sendo algumas geradas a partir de fotos digitalizadas e outras através de programas de edição vetorialcomo o AutoCAD 2000 ou o CorelDRAW 9.

Em geral as figuras esquemáticas foram desenvolvidas como desenho vetorial, sendo posteriormente editadas emelhoradas, utilizando o software Photoshop 5.5, nos formatos padrão para imagens (jpeg ou gif) que podem serexibidos na Internet com facilidade.

5. ESTRUTURA DO CURSO ONLINE

5.1. Navegação facilitada

O curso, com sua interface baseada na técnica de hipertexto (com ligações ou hyperlinks), apresenta umanavegação simples. Os recursos de navegação permitem a movimentação pelo conteúdo nas páginas da Internet atravésde cliques em palavras, imagens ou frases (nós).

O menu principal, indicado pelo número 2 na figura abaixo (Fig. 6), encontra-se fixo na lateral do vídeo. Já ocampo indicado pelo número 1 na figura abaixo delimita a área onde será apresentado o conteúdo didático do curso.

No decorrer do aprendizado, o usuário pode avançar ou retroceder nos assuntos abordados através do menu denavegação secundário, que se encontra fixo no rodapé da página, bastando para isto, clicar no sinais de ( + ) e ( - ) (Fig.7). Pode-se também, quando existentes no menu secundário, praticar os fundamentos teóricos estudados acessando osapplets e os exercícios disponíveis sobre o assunto.

Figura 6 – Distribuição geral

MTE - 144

Figura 7 – Menu secundário

Ao final de algumas páginas podem ser encontrados alguns hyperlinks que direcionam os usuários a endereçoscomplementares na WWW onde podem ser encontrados conceitos utilizados de uma forma mais aprofundada ou, porexemplo, as tabelas que contém as propriedades dos perfis metálicos.

6. DISPONIBILIZAÇÃO E ACESSO

Pode-se acessar diretamente o curso online através de seu endereço eletrônico atual (URL) emhttp://www.cesec.ufpr.br/metalicas.

O acesso é ilimitado e gratuito.Os applets e todo o conteúdo do curso têm caráter apenas didático e os autores não se responsabilizam pelo uso

incorreto dos mesmos.

7. CONCLUSÕES

Estabelecer novas opções para professores transmitirem seus conhecimentos e experiências, para alunosbuscarem reforçar o que aprenderam em sala de aula ou pelo simples fato de dispor o conteúdo em um formato maisatual, inovador e explicativo, serve para mostrar que ainda existe um extenso campo para pesquisas na área do ensino.

A descoberta e o aperfeiçoamento dessas novas técnicas de ensino podem contribuir muito para a qualidadedos profissionais que entrarão no mercado de trabalho.

É com essa filosofia que o curso de estruturas metálicas efetua, de forma ágil e com uso extensivo de recursoscomputacionais, uma colaboração prática com o aprendizado de engenharia.

8. REFERÊNCIAS

[1] Scheer, S.; Cunha, M.T.F.; Pinto, F.A.A.; Damian, R.C.; Santos Filho, J.A. Desenvolvendo Java applets paraensino de engenharia. Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia (28. : 2000 : Ouro Preto). Anais. OuroPreto, outubro de 2000.

[2] Scheer, S.; Pompeu, R.C. Ambientes virtuais no apoio ao ensino de engenharia. Congresso Brasileiro deEnsino de Engenharia (27.: 1999 : Natal). Anais. Natal, setembro de 1999.

[3] Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8800 - Projeto e Dimensionamento de Estruturas de Aço emEdifícios. Rio de Janeiro, 1986.

[4] Andrade, P. B. de. Curso Básico de Estruturas de Aço (2 ed.). Belo Horizonte: IEA Editora, 1994.

[5] Dias, L. A. M. Estruturas de Aço - Conceitos, Técnicas e Linguagem (2 ed.). São Paulo: Zigurate Editora,1998.

[6] Pfeil, W. Estruturas de Aço (4 ed.). Rio de Janeiro: 1987.

[7] Queiroz, G. Elementos das Estruturas de Aço. Belo Horizonte: Imprensa Universitária, 1986.

[8] Sáles, J. J. et al. Elementos de Estruturas de Aço – Dimensionamento. São Carlos: Imprensa Universitária,1994.

[9] Cunha, M. T. F. A Practical Approach in the Development of Engineering Applications to the Internet UsingObject Oriented Programming. Curitiba, 1999. Dissertação (Mestre em Ciências) Curso de Pós-Graduação emMétodos Numéricos em Engenharia, Universidade Federal do Paraná.

[10] SUN MICROSYSTEMS. Java. Disponível em: <http://www.java.sun.com.br> Acesso em: 04 nov. 2000.

[11] Deitel, H. M.; Deitel, P. J. Java – Como Programar (3 ed.). Porto Alegre: Bookman, 2001.

[12] Knuden, J. Java 2D Graphics. Sebastopol: O´Reilly, 1999.