CURSO ONLINE DE ESTRUTURAS DE AÇO

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1 CURSO ONLINE DE ESTRUTURAS DE AÇO Carlos Alberto Cabral de Azevedo 1, Luiz Eduardo Wormsbecker 1, Leonardo Müller Adaime 1, Jorge Luís Milek 1 e Sérgio Scheer 1 Universidade Federal do Paraná UFPR 1 CESEC Centro de Estudos de Engenharia Civil Prof. Inaldo Ayres Vieira Centro Politécnico Jardim das Américas Curitiba PR Resumo. O objetivo principal deste trabalho é apresentar alguns detalhes do desenvolvimento de um curso online fazendo uso de ferramentas computacionais existentes, mostrando graficamente todas as fases do projeto e fabricação de estruturas metálicas. A primeira parte do curso está focada no aço em si, suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, sua classificação, tratamento térmico e comercialização de acordo com padrões estabelecidos. A segunda parte demonstra os cuidados com os elementos estruturais quando submetidos a esforços simples, que são acompanhados com imagens, animações e com os conceitos teóricos envolvidos. O dimensionamento dos elementos estruturais é realizado de acordo com a NBR 8800 e demonstrado em exercícios resolvidos e ilustrados. Applets Java, aplicativos para a Internet, foram desenvolvidos e são utilizados na resolução de exercícios através de uma interface de fácil utilização. A terceira parte compreende as patologias apresentadas pelas estruturas metálicas quando da não observância das características do ambiente e dos padrões de fabricação, além das falhas na manutenção das estruturas. O primeiro item analisa os tipos de corrosão e as formas de eliminá-las; o segundo analisa os tipos de ligações com suas vantagens e desvantagens, os defeitos devido ao carregamento e os cuidados na hora da realização de projetos. Palavras-chave: Aço, Estruturas, Ensino, Applets, Internet. MTE - 138

2 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 de armazenamento de dados. O emprego dos computadores era restrito apenas a serviços militares ou em grandes centros de pesquisa. Tratava-se de pontos isolados, sem comunicação entre eles, o que limitava a transmissão e o compartilhamento de informações. No final da década de sessenta surgiram as primeiras pesquisas que levaram mais tarde a criação de uma grande rede entre os computadores. Com a popularização dos microcomputadores e a evolução desta rede de redes de computadores, hoje chamada de 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 evolução tecnológica. A chamada Era do Conhecimento demanda dos profissionais uma constante atualização de conhecimentos e a Tecnologia da Informação tem proporcionado ferramentas e meios para auxiliar nesta constante requalificação profissional. O desenvolvimento de softwares educacionais têm também ganhado impulso com as interfaces gráficas interativas e recentemente pode se beneficiar da disponibilização via Internet de atualizações e novas versões hipermídia (hipertexto mais multimídia). Essas tecnologias da informação e comunicação proporcionam aos estudantes um rápido e fácil meio de aquisição 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] e inclusive com a possibilidade da utilização de recursos de ambientes virtuais tridimensionais como em Pompeu e Scheer [2]. Neste contexto, a Internet e a World Wide Web (WWW) conferem benefícios de disseminação e acessibilidade a conteúdos diversos. Neste sentido, no presente trabalho é descrito o desenvolvimento de um curso online sobre estruturas 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 dos professores. Por vários anos, tem-se empregado retroprojetores ou programas de computadores no aprendizado de engenharia, na tentativa de obter uma aula mais dinâmica. A partir dos recursos disponíveis atualmente pela Internet, o objetivo foi criar um curso sobre estruturas em aço, voltado principalmente aos alunos de graduação, professores da área e interessados em geral. O ensino das estruturas metálicas, em especial as de aço, está se sobressaindo devido ao impulso que a área vem 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 o comportamento 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 de graduação, buscou-se a elaboração de um curso sobre o assunto, veiculado pela Internet, podendo ser acessado por um maior número de interessados. Com o intuito de facilitar o ensino, procurou-se esclarecer conceitos teóricos envolvidos, vistos em sala de aula, fazendo uso dos recursos hipermediáticos (hipertextos + multimídia) existentes (imagens, vídeos, applets e textos acoplados via Internet/WWW), dispondo o conteúdo do curso de forma clara e precisa, proporcionando um alto grau de interatividade com o usuário. 3. CONTEÚDO DO CURSO O curso procura prender a atenção do usuário aumentando seu interesse pelo assunto através de um visual claro, que facilita a absorção dos fundamentos teóricos por meio de textos e figuras sobre o tema. Para que tal objetivo seja alcançado, o conteúdo do curso foi dividido em duas partes, sendo que uma delas aborda os conceitos teóricos e a outra permite a prática deles (Fig. 1). MTE - 139

3 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 Projeto e Dimensionamento 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, as classificações do aço estrutural e os tipos de produtos existentes no mercado. Dimensionamento. O conteúdo teórico sobre o dimensionamento de elementos estruturais tracionados e comprimidos seguem as especificações da Norma Brasileira NBR 8800 [3] e outras referências como os trabalhos de Pfeil [6], Queiroz [7] e Sales [8]. Procura-se abordar de forma clara todos os critérios necessários ao dimensionamento por meio de textos, imagens ilustrativas ou tabelas. Patologias. O curso demonstra as mais diversas patologias de obras com estruturas de aço (muitas delas não podem 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 corrosão sofridos pelo aço em ambientes diversos, problemas e defeitos ocasionados em ligações soldadas e parafusadas e desatenções durante a elaboração dos projetos. Tendo em vista que não basta somente primar pela qualidade de produção de estruturas metálicas, essa parte do curso busca direcionar a atenção do aluno a uma forma coerente de lidar com o material aço Conteúdo prático Applets. Para possibilitar o maior envolvimento do aluno com o curso, criar uma sensibilidade no dimensionamento de estruturas e permitir a conferência de exercícios, foram criados e disponibilizados pequenos aplicativos chamados applets (Cunha [9] e Scheer et al. [1]). Esses programas elaborados em linguagem Java (Sun Microsystems [10]) são executados na própria página (homepage) do curso, possuem interface gráfica simples permitindo 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 para dimensionamento de barras submetidas à compressão e um terceiro, que dimensiona chapas tracionadas, levando em conta a área líquida crítica do perfil. O primeiro aplicativo, localizado na seção de dimensionamento para peças tracionadas, calcula apenas o estado limite de escoamento da seção bruta, não havendo preocupações em relação ao estado limite de ruptura da seção líquida efetiva (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 seção necessária. Os dados podem ser fornecidos via teclado, nos campos correspondentes, ou via mouse, alterando dimensões da peça e intensidade da força diretamente no desenho. Todos os cálculos são efetuados conforme a Norma Brasileira NBR 8800 [3]. MTE - 140

4 Figura 2 Applet de peças tracionadas O segundo programa, de dimensionamento de barras comprimidas, calcula a resistência de cálculo para uma determinada barra submetida a compressão (Fig. 3). Nesse applet Java, o usuário determina inicialmente as características do perfil desejado. São dadas como opções as séries de perfis I e C laminados, cantoneira de abas iguais e desiguais. Dentro de cada série há várias opções de perfis, com todas as características definidas, correspondentes aos mais utilizados. O usuário pode escolher um perfil diferente 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 - 141

5 Após determinado o tipo do perfil, deve-se selecionar a vinculação da barra ou determinar um valor do coeficiente de comprimento de flambagem calculado, no caso de pórticos. Depois de fornecidos o comprimento da barra e a intensidade da carga normal, é fornecida a resistência de cálculo para os três tipos de aço normalizados mais utilizados: 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 e global da barra. O terceiro aplicativo se refere ao estado limite de ruptura da seção líquida efetiva (Fig. 4). Neste programa o usuário define, via teclado ou mouse, a posição e o diâmetro dos furos, bem como os caminhos que devem ser verificados. 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 realizar os exercícios propostos para aproximar o estudo à realidade profissional a partir de aplicação das fórmulas e métodos apresentados. Como em qualquer aprendizado, a fixação dos conceitos estudados é atingida mediante resolução de uma série 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 ser comparados 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 o Netscape Navigator. As vantagens do uso desse formato são a simplicidade de programação, atualmente difundida através de muitos programas de edição visual, e o suporte que ele proporciona a alocação de textos, imagens, animações e applets, além da acessibilidade e disseminação dados pela Internet/WWW Applets Java A linguagem de programação Java, desenvolvida pela Sun Microsystems [10], é na atualidade uma ferramenta bastante difundida em aplicações para a WWW, tendo como característica ser orientada a objetos e permitir a criação de applets, pequenos programas que podem ser executados diretamente em um navegador (browser) para a WWW Animações Como recurso adicional de ilustração e para melhoria na compreensão de conceitos e do comportamento de elementos estruturais quando submetidos a esforços, o curso disponibiliza algumas animações construídas a partir do programa 3D Studio Max. MTE - 142

6 Figura 5 Animação em 3D 4.3. Imagens Como complementação dos hipertextos, foram criadas muitas imagens para expressar os fenômenos contextualizados, sendo algumas geradas a partir de fotos digitalizadas e outras através de programas de edição vetorial como o AutoCAD 2000 ou o CorelDRAW 9. Em geral as figuras esquemáticas foram desenvolvidas como desenho vetorial, sendo posteriormente editadas e melhoradas, utilizando o software Photoshop 5.5, nos formatos padrão para imagens (jpeg ou gif) que podem ser exibidos 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 uma navegação simples. Os recursos de navegação permitem a movimentação pelo conteúdo nas páginas da Internet através de 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 o campo 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 de navegação 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 os applets e os exercícios disponíveis sobre o assunto. Figura 6 Distribuição geral MTE - 143

7 Figura 7 Menu secundário Ao final de algumas páginas podem ser encontrados alguns hyperlinks que direcionam os usuários a endereços complementares na WWW onde podem ser encontrados conceitos utilizados de uma forma mais aprofundada ou, por exemplo, 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) em 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 alunos buscarem reforçar o que aprenderam em sala de aula ou pelo simples fato de dispor o conteúdo em um formato mais atual, 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 qualidade dos 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 recursos computacionais, 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 para ensino de engenharia. Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia (28. : 2000 : Ouro Preto). Anais. Ouro Preto, outubro de [2] Scheer, S.; Pompeu, R.C. Ambientes virtuais no apoio ao ensino de engenharia. Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia (27.: 1999 : Natal). Anais. Natal, setembro de [3] Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Projeto e Dimensionamento de Estruturas de Aço em Edifícios. Rio de Janeiro, [4] Andrade, P. B. de. Curso Básico de Estruturas de Aço (2 ed.). Belo Horizonte: IEA Editora, [5] Dias, L. A. M. Estruturas de Aço - Conceitos, Técnicas e Linguagem (2 ed.). São Paulo: Zigurate Editora, [6] Pfeil, W. Estruturas de Aço (4 ed.). Rio de Janeiro: [7] Queiroz, G. Elementos das Estruturas de Aço. Belo Horizonte: Imprensa Universitária, [8] Sáles, J. J. et al. Elementos de Estruturas de Aço Dimensionamento. São Carlos: Imprensa Universitária, [9] Cunha, M. T. F. A Practical Approach in the Development of Engineering Applications to the Internet Using Object Oriented Programming. Curitiba, Dissertação (Mestre em Ciências) Curso de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia, Universidade Federal do Paraná. [10] SUN MICROSYSTEMS. Java. Disponível em: <http://www.java.sun.com.br> Acesso em: 04 nov [11] Deitel, H. M.; Deitel, P. J. Java Como Programar (3 ed.). Porto Alegre: Bookman, [12] Knuden, J. Java 2D Graphics. Sebastopol: O Reilly, MTE - 144

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