Revista de Ciência e Tecnologia – Unig

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Volume 6  Número 1  Junho de 2006  ISSN 1519­8022  4  REVISTA DE  CIÊNCIA & TECNOLOGIA  A revista tecnológica da UNIG

REVISTA DE  CIÊNCIA & TECNOLOGIA  A revista tecnológica da UNIG 

Direitos exclusivos para esta edição:  Universidade Iguaçu – UNIG  Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas  Nova Iguaçu, RJ 

Os artigos desta revista são de responsabilidade exclusiva dos autores. É permitida a reprodução  total ou parcial dos artigos nela publicados, desde que seja citada a fonte.  Impresso no Brasil 

Supervisor Editorial  António Filipe Falcão de Montalvão, UNIG  Corpo Editorial  Antônio Carlos de Abreu Mol, CNEN  Antônio Carlos Freire Sampaio, UNIG  António Filipe Falcão de Montalvão, UNIG  Cláudio Henrique dos Santos Grecco, UNIG ,CNEN  Cláudio Márcio Nascimento Abreu Pereira, UNIG  Denise Salim Santos, UNIG, FACHA  Fernando Medina, UNIG  Francisco Antônio Caldas Andrade Pinto, UNIG  Isaias Gonzaga de Oliveira, UNIG  Paulo Fernando Neves Rodrigues, FAU/UFRJ 

REVISTA DE  CIÊNCIA & TECNOLOGIA  A revista tecnológica da UNIG 

Objetivo e Escopo  REVISTA  DE  CIÊNCIA  &  TECNOLOGIA  é  uma  publicação  de  distribuição  gratuita,  editada  semestralmente  pela  Universidade  Iguaçu,  com  o  objetivo  de  divulgar  trabalhos  científicos  inéditos  e  artigos  de  revisão,  cobrindo  os  diversos  temas  na  área  de  Ciências  Exatas  e  Tecnológicas.  Informações para submissão de artigos  Os  interessados  em  submeter  artigos  para  publicação  deverão  enviá­los  ao  endereço  abaixo,  em  duas  cópias,  impressas  em  papel  formato  A4  (impresso  somente  de  um  lado  da  folha),  coluna  única,  com  espaçamento  simples  e  letra  Times  New  Roman  tamanho  12,  acompanhadas  dos  1/4  respectivos  arquivos  eletrônicos  (e­mail  ou  em  disquete  de  3  ),  PC/Compatível,  contendo  o  texto  editado  em  Microsoft  Word,  as  figuras  e  tabelas  necessárias.  Com  o  intuito  de  agilizar  a  edição,  recomenda­se  que  as  figuras  e  tabelas  sejam  embutidas  no  texto  já  em  suas  respectivas  posições. A primeira folha deve conter o título do trabalho, nomes e endereços completos dos  autores e um resumo de, no máximo, 250 palavras. O corpo do trabalho deve ser subdividido em  seções  numeradas  com  algarismos  arábicos.  As  referências  devem  ser  numeradas  em  ordem  de  citação  no  corpo  do  texto.  O  artigo  completo  não  deve  exceder  15  páginas,  incluindo  figuras  e  tabelas.  Revisão dos artigos  Todos  os  artigos  serão  revisados  por  especialistas,  membros  do  corpo  editorial,  ou,  caso  haja  necessidade,  revisores  externos  serão  convidados.  Neste  caso,  os  nomes  de  tais  revisores  serão  informados  nos  respectivos  exemplares.  No  caso  da  aceitação  do  artigo  estar  condicionada  às  considerações  feitas  pelos  revisores,  estas  serão  repassadas  ao  autor  para  que  o  próprio  faça  as  devidas  modificações  no  artigo,  reenviando­o  para  o  corpo  editorial.  Após  aceitação  ou  não  do  trabalho,  os  autores  serão  notificados.  O  material  enviado  para  revisão  não  será,  em  hipótese  alguma, retornado ao autor.  Endereço para submissão de artigos  Os artigos devem ser submetidos para:  António Filipe Falcão de Montalvão  UNIVERSIDADE IGUAÇU  Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas ­ FaCET,  Assessoria de Pesquisa  Av. Abílio Augusto Távora 2134, Nova Iguaçu, RJ  E­mail: facet@unig.br

Expediente  ISSN 1519­8022  Chanceler  Dr. Fábio Raunheitti – in memorian  Presidente da Mantenedora  Prof. Sylvio Jorge de Oliveira Shad  Reitor  Dr. Júlio César da Silva  Pró­Reitor Administrativo  Dr. João Batista Barreto Lubanco  Pró­Reitor de Ensino e Graduação  Dr. Carlos Henrique de Melo Reis  Pró­Reitor de Pesquisa e Extensão  Prof. Antônio Carlos Carreira Freitas  Secretário Geral  Eliana Dória Vince  Diretor da Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas  Osvaldo Parente Gomez  Coordenador do Curso de Sistemas de Informação  Profª. Débora José  de Souza Constantino  Coordenador do Curso de Engenharia da Computação  Profº. Osvaldo Parente Gomez  Coordenador do Curso de Engenharia de Produção  Profº. Fernando Medina  Coordenador do Curso de Licenciatura em Computação  Prof ª. Vania Vieira Fernandes Muniz  Coordenador do Curso de Matemática  Prof ª. Maria Teresa Teixeira Ávila  Assessor de Extensão da Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas  Prof o . Luis Carlos da Silva 

Universidade Iguaçu  Av. Abílio Augusto Távora, 2134 – CEP 26.260­000  Nova Iguaçu – RJ – Brasil – Tel.: 2666­2001  www.unig.br

Editorial…………………………………………………………………………………………………………………6 

Aço………………………………………………………………………………………………………………………… 7 

Comportamento Estrutural…………………………………………………………………………………….19 

Utilizada em Salas de Controle de Usinas Nucleares………………………………………………….38 

RJ ……………………………………………………………………………………………………………………….. 46 

Presença de Poluentes Emergentes no Meio Ambiente……………………………………………….57 

Utilizando Rede Neural Probabilística e Características deTextura……………………………69 

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Editorial  Desde o início da sua existência, a Revista Ciência &Tecnologia teve o propósito de ser  uma  via  de  comunicação  com  a  comunidade  científica  na  ela  qual  se  insere.  Resultados  de  desenvolvimentos científicos têm sido publicados por professores e pesquisadores da UNIG e de  outras  instituições,  contribuindo  assim  para  estreitar  relações  na  comunidade  científica  objetivando  a  melhoria  no  ensino  e  na  pesquisa.  O  comprometimento  do  Professor  Osvaldo  Parente  Gomez,  do  Professor  Cláudio  Márcio  do  Nascimento  Abreu  Pereira,  do  corpo  editorial  na seleção e edição de artigos, assim como o compromisso dos dirigentes UNIG na manutenção  da  infra­estrutura  necessária,  tem  sido  fundamental  na  obtenção  de  periodicidade  na  edição  e  qualidade da revista. A participação dos professores e pesquisadores da UNIG e da comunidade  científica  externa  na  revista  tem­na  engrandecido  de  uma  maneira  crescente.  Assim  este  periódico  atinge  o  objetivo  de  ser  um  veículo  de  divulgação  de  resultados  de  pesquisas  científicas.  A  publicação  de  artigos  de  pesquisadores  de  outras  instituições  demonstra  que  a  revista tem alcançado também a comunidade científica externa. Não se pode deixar de enfatizar,  porém,  que  a  revista  Ciência  &  Tecnologia  é  um  veículo  fundamental  na  divulgação  dos  resultados de projetos científicos dos professores da FaCET. 

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Aplicação Estrutural de Concretos de Altíssimo Desempenho  Reforçados com Fibras de Aço  Sidiclei Formagini  Universidade para o Desenvolvimento do Estado e da Região do Pantanal­UDERP  Rua Ceará, 333, Miguel Couto, Campo Grande – MS, CEP: 79003­010 Caixa Postal: 2153  E­mail: sidiclei@yahoo.com.br  Resumo  O aprimoramento de técnicas de dosagens, aliadas ao uso de novos materiais cimentíceos e  químicos,  possibilitou  desenvolver  concretos  de  altíssimo  desempenho  reforçados  com  fibras  (CONADAF).  O  elevado  desempenho  e  durabilidade,  mesmo  em  condições  ambientais  agressivas, tornam o compósito ideal para ser aplicado na confecção de estruturas esbeltas,  com espessura mínima de até 1 cm, com formas variadas e arrojadas. Este artigo apresenta  algumas de suas propriedades nos estados fresco e endurecido e de durabilidade, assim como  exemplos bem sucedidos de sua utilização na construção de estruturas no Brasil e no mundo.  Todos os casos apresentados de utilização do material comprovam sua viabilidade nos diversos  setores da arquitetura e da engenharia, tais como construção de peças decorativas, esculturas,  monumentos artísticos, painéis pré­fabricados e estruturas de grande porte.  Palavras­chave: CONADAF, altíssimo desempenho, concreto, dosagem, aplicação estrutural. 

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superior  à  do  concreto  convencional,  devido  à  sua  baixa  porosidade.  Concretos  com  estas  características  passaram  a  ser  usados  em  construções  ao  ar  livre  ou  sob  as  mais  severas  condições  ambientais  como  no  caso  de  plataformas  marítimas,  pontes,  usinas  nucleares, edifícios altos etc.  Produzir  concretos  com  diversos  tipos  de  materiais,  buscando  elevado  desempenho,  não  é  uma  tarefa  fácil,  uma  vez  que  os  problemas  de  empacotamento  e  interação  entre  os  grãos,  no  estado  fresco,  tornam­se  mais  relevantes  devido  à  redução  da  relação  água/cimento,  [1].  Para  se  atingirem  os  mais  elevados  valores  possíveis  de  resistências  à  compressão,  é  necessário  reduzir  a  dimensão  dos  agregados,  tornando  o  concreto  menos  heterogêneo,  minimizando  o  efeito  da  zona  de  transição  e  a  contribuição  do  agregado  na  resistência  à  compressão.  ORANGE  et  al.,  [2]  sugerem  uma  dimensão  máxima  para  o  agregado  de  2  mm  para  produção  de  concretos  com  altíssimo  desempenho  com  resistência  à  compressão  aos  28  dias  superior a 120 MPa.  A  crescente  exigência  de  concretos  com  propriedades  mecânicas  cada  vez  mais  elevadas  na  construção  civil  fez  com  que  pesquisadores  de  diversas  universidades  e  empresas  particulares  elaborassem  novas  metodologias  de  dosagem,  fugindo  dos  procedimentos  convencionais,  que  atualmente  são  limitados  a  poucos  materiais.  Com  isso,  a  cada  ano,  pesquisadores  estão  desenvolvendo  concretos  mais  resistentes.  Concretos  com  resistência  à  compressão  de  até  400  MPa  foram  produzidos  usando  agregados  apropriados  e  aplicando  cura  com  tratamento  térmico  [3].  Atualmente,  o  recorde  mundial  de  resistência  à  compressão  é  de  800  MPa,  concreto  produzido  com  agregados  metálicos,  aplicando  cura  sob  pressão  com  tratamento  térmico.  Para  alguns  pesquisadores,  produzir  concretos  com  resistência  à  compressão  de  1  GPa  não  é 

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a  fatores  como:  condições  e  técnicas  de  produção  serem  dominadas  por  poucos  engenheiros?  custo  elevado  dos  componentes  da  mistura?  custo  operacional  elevado,  devido  à  pequena  escala  de  produção  do  material?  logística  de  operacionalização  de  sua produção.  Composição  Para  a  produção  do  CONADAF,  podem  ser  empregados  materiais  como:  cimentos  classe  CP  III,  CP  IV  e  CP  V?  sílica  ativa?  sílica  325  (sílica  flour)?  classes  de  areias  com  dimensão  dos  grãos  entre  150  e  300  ?m,  300  e  425  ?m  e  entre  425  e  600  ?m?  microfibra  de  aço  (diâmetro  de  0,18  mm  e  comprimento  de  12  mm)  e  mineral  (microfibra  de  wollastonita  com  dimensão  transversal  variando  de  5  ?m  a  100  ?m  e  a  longitudinal  de  50  ?m  a  2  mm)?  e  dispersante  de  terceira  geração  à  base  de  policarboxilatos.  Parâmetros de Dosagem  Alguns  parâmetros  básicos  devem  ser  levados  em  conta  na  dosagem  dos  concretos  para  garantir  propriedades  de  altíssimo  desempenho  tanto  no  estado  fresco  como  no  endurecido. Estes parâmetros são, [3]:  •  homogeneização  da  mistura  através  da  redução na dimensão dos agregados?  •  aumento  da  compacidade  através  da  otimização da mistura granular?  •  aumento  da  ductilidade  através  da  adição  de microfibras minerais e fibras metálicas.  A  aplicação  destes  parâmetros  fornece  à  matriz  altíssimos  valores  de  resistência  à  compressão.  A  adição  de  fibras  à  matriz  promove  uma  melhora  na  sua  resistência  à  tração  e  também  faz  com  que  se  torne  possível obter certo grau de ductilidade. 

9  Solução visando ao mais alto desempenho  As  dosagens  de  concreto  têm  sido  realizadas,  na  prática,  utilizando  métodos  convencionais  baseados  em  procedimentos  empíricos,  obtidos  em  função  das  condições  de  abatimento  e  da  resistência  à  compressão  aos  28  dias.  Os  métodos  existentes  na  literatura,  sejam  eles  para  dosar  concretos  com  resistência  normal  ou  de  alto  desempenho,  são  limitados  ao  uso  de  poucos  materiais,  não  abordam  critérios  de  otimização  da  mistura  granular  e  fornecem  como  produto  final  um  material  heterogêneo  de  baixo  ou  moderado  desempenho  (figura  3.1).  Dentro  deste  contexto,  a  utilização  do  método  de  empacotamento  compressível  (MEC),  desenvolvido  por  DE  LARRARD  [9]  (implementado  no  Brasil  por  [1]  e  [10]),  é  uma  ferramenta  de  dosagem  que  possibilita  a  seleção  e  otimização  dos  constituintes  do  concreto,  aumentando  a  compacidade  da  mistura  granular  e  diminuindo  o  risco  de  segregação,  com  objetivo  de  proporcionar  o  mais  alto  desempenho  ao  produto  final  que,  aliado  à  baixa  relação  a/c,  torna  o  concreto  coeso  e  com baixa porosidade (figura 3.2).  CONCRETO CONVENCIONAL  Baixa compacidade  Maior risco de segregação 

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SOLUÇÃO VISANDO ALTO  Aumento da compacidade  Diminuição do risco de segregação 

MATERIAL COESO, POUCO  HETEROGÊNEO E DE ALTO Figura 3.2 – Dosagem realizada pelo MEC  [1]  Uma  vez  definida  a  composição  granulométrica,  o  traço  do  CONADAF  é  então  otimizado  para  satisfazer  critérios  no  estado  fresco  como:  excelente  trabalhabilidade  visando  bombeamento  e  auto­adensamento?  apresentar  comportamento  mecânico  com  altíssima  resistência  à  compressão  e  comportamento  dúctil  à  tração  [8].  Além  disso,  deve  ser  durável,  isto  é,  resistente  aos  meios  mais  agressivos.  Para  que  esses  critérios  sejam  alcançados,  a  relação  água/cimento  é  a  menor  possível,  da  ordem  de  0,20,  sendo  que  o  consumo  de  água  encontra­se  próximo  ao  necessário  para  preencher  os  vazios  produzidos  pelos  grãos  empacotados.  Normalmente  o  agregado  utilizado  é  a  areia  com  diâmetro  máximo  de  600 µm.  A  adição  de  sílica  ativa  e  o  uso  otimizado  de  outros  aditivos  minerais  também  são  absolutamente  essenciais.  Por  último,  são  adicionadas  fibras  metálicas  ou  sintéticas,  que  também  são  otimizadas  em  função  do  grau  de  ductilidade  desejado  ao  concreto.  Isto  envolve  a  otimização  do  comportamento  individual  das  fibras  e  sua  interação  com  a  matriz.  10  4.0 ­ Propriedades do CONADAF  Estado fresco  O  CONADAF  apresenta  propriedades  auto­adensáveis,  com  diâmetro  médio  de  espalhamento  superior  a  70  cm  (ensaio  de  tronco  de  cone  de  Marsh,  figura  4.1).  Sua  alta  fluidez  permite  moldar  elementos  esbeltos,  com  apenas  1  cm  de  espessura  (figura  4.2),  sem  utilizar  adensamento  mecânico. 

Figura  4.1  –  ensaio  de  espalhamento  utilizando o tronco de cone de Marsh. 

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CAD.  O  traço  é  otimizado  para  aumentar  a  resistência  do  concreto  à  formação  das  primeiras  fissuras,  e  sua  propagação  na  matriz  é  controlada  pelo  volume  de  fibras,  pela  aderência  fibra­matriz  e  por  características  das  fibras,  como  razão  de  aspecto  l/d,  resistência  à  tração  e  módulo  de  elasticidade  [5].  A  presença  de  fibras  bem  aderidas  a  uma  matriz  de  alta  rigidez,  fornece  ao  compósito  propriedades  mecânicas  elevadas  com  comportamento  elasto­plástico  com  endurecimento  (“strain  hardening”)  após  a  formação  das  primeiras  fissuras na matriz (figura 4.3) [5] e [6]. 

40  30  20  100mm  P  10 12mm  100mm  Tensão elástica equivalente  na flexão (MPa)  300mm  0  0  4  8  12  16  20  Deflexão no meio do vão (mm)  Figura  4.3  –  Curvas  típicas  de  tensão  equivalente  elástica  na  flexão  versus  deflexão no meio do vão.  Sob  compressão  uniaxial,  o  CONADAF  apresenta  comportamento  praticamente  linear  de  tensão­deformação  até  atingir  a  resistência  de  pico  (figura  4.4).  A  ruptura  explosiva  é  minimizada  com  adição  das  fibras,  promovendo  aumento  da  ductilidade  ao material.  Durabilidade  O  CONADAF  apresenta  microestrutura  altamente  compacta  com  baixa  absorção  capilar  de  água  (inferior  a  0,1g/cm²),  baixa  absorção  de  água  por  imersão  (inferior  a  1%  do  peso  em  massa),  baixíssima  porosidade  11  (índice  de  vazios  inferior  a  2%)  e  excelente  resistência  a  ataques  químicos  de  íons  cloretos e sulfatos. 

200  1 ano  160 180 dias  28 dias  120  7 dias  Tensão (MPa)  80  3 dias  40 

0  0  1  2  3  4  5  6  7  8  o /  )  Deformação (  oo 

Figura  4.4  –  Curvas  típicas  do  comportamento  tensão­deformação  sob  compressão uniaxial. 

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operacionais  de  montagem  de  armaduras  principais e secundárias?  •  estruturas  com  menor  volume  e  peso:  elementos  moldados  com  CONADAF  podem  ser  duas  ou  três  vezes  mais  leves  do  que aqueles de concreto convencional?  •  moldagem  de  elementos  esbeltos:  elementos  com  espessura  a  partir  de  um  centímetro  podem  ser  moldados  com  facilidade?  •  baixo  custo  de  manutenção:  estruturas  feitas  com  CONADAF,  especialmente  aquelas  situadas  em  ambientes  agressivos,  podem  apresentar  resistência  e  durabilidade  elevadas  em  relação  às  estruturas  de  concreto convencional ou de aço?  •  possibilidade  de  concepções  e  produções  arquitetônicas  arrojadas,  com  as  mais  variadas formas e esbeltez.  O  uso  do  CONADAF  na  confecção  de  elementos  estruturais  pode  apresentar  as  seguintes vantagens:  •  elevada  resistência  à  compressão,  à  tração direta e na flexão?  •  comportamento  dúctil:  alta  capacidade  de  deformação  após  abertura  da  primeira  fissura na matriz?  •  excelentes  propriedades  de  lançamento  e  adensamento?  •  baixa  permeabilidade:  baixo  risco  de  carbonatação  e  penetração  de  íons  cloretos  e  de sulfatos?  •  valores  muito  baixos  de  retração  por  secagem  e  fluência  tornando­se  excelente  em estruturas protendidas.  •  custo  de  manutenção  mínimo,  pois  apresenta  vida  útil  estimada  superior  a  1000  anos.  6. 0 – Aplicação  Esta  nova  geração  de  concreto  com  propriedades  mecânicas  elevadas,  durabilidade  e  estética,  é  ideal  para  12  manutenção  e  regularizações  em  estruturas  existentes,  construções  de  novas  estruturas  que  necessitem  tais  propriedades,  como  é  o  caso  de  edifícios  altos,  pontes  com  grandes  vãos,  túneis  e  principalmente  obras  em  ambientes  agressivos  como  plataformas  marítimas e usinas nucleares.  A  seguir  são  apresentados  exemplos  bem  sucedidos  de  aplicação  do  CONADAF  e  do  Ductal®   ,  da  Lafarge  Cimentos,  em  diferentes  elementos  estruturais,  sem  presença  de  armadura principal. 

Figura  6.1  –  adequação  e  estética  em  superfícies irregulares, [11].  Estética  A figura 6.1 mostra a estética do concreto  moldado  sob  superfícies  irregulares,  provando  que  o  material  se  adaptou  muito  bem  aos  contornos  do  molde  utilizado,  apresentando  a  superfície  bem  definida  com  aspecto brilhoso.  A  utilização  do  Ductal®    permitiu  a  criação  de  painéis  pré­fabricados  texturizados  com  um  esboço  vegetal  em  alto  relevo  através  do  uso  de  folhas  naturais  no  fundo  dos  moldes  (figura  6.2).  Estes  painéis  foram  utilizados  para  revestir  a  fachada  de  uma  escola  na  Cidade  de  “Franche  Comte”,  na  França.  Ao  todo,  foram  produzidos  23  painéis  (1,70  x  3,60  m  e  1,70  x  4,60  m)  com  espessura  de  apenas 3,5 cm.

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Estação de trem de Shawnessy  Para  construir  a  estação  de  trem  de  “Shawnessy”  na  cidade  de  Calgary,  Canadá  (figura  6.4),  foram  utilizadas  coberturas  em  forma  de  cascas  côncavas,  sem  presença  de  armadura  principal,  com  espessura  de  20  mm.  ®  demonstrou  excelente  O  Ductal  facilidade de uso nesta criação arrojada. Esta  criatividade  artística,  com  elevada  resistência  estrutural,  foi  projetada  e  analisada  experimentalmente  pelo  Centro  de  Inovação  Tecnológica  da  Universidade  de  Calgary,  que  aprovou  o  uso  do  material.  Os  pré­fabricados,  além  de  extremamente  duráveis,  também  são  fáceis  de  serem  limpados,  exigindo  um  custo  de  manutenção  muito baixo [12].  Torre para suporte de um sino  Figura  6.2  –  Painéis  com  aberturas  em  forma  de  folhas  utilizados  em  uma  escola  na  França [13]. 

Passarela de Sherbrooke  A  figura  6.3  mostra  um  exemplo  clássico  de  aplicação  do  Ductal ®  ,  na  construção  dos  elementos  estruturais  de  uma  passarela  sob  um  riacho  na  Cidade  de  Sherbrooke,  Canadá  [11]. 

Figura  6.3  –  estrutura  de  uma  passarela  sobre  um  riacho  em  Sherbrooke,  Quebec,  Canadá  [11]. 

13  A  reconstrução  de  uma  torre  de  sino  (figura  6.5)  na  cidade  de  Laval,  na  França,  utilizando  ®  possibilitou  um  o  Ductal  ,  considerável  aumento  na  vida  útil  da  estrutura.  A  segunda  vantagem  obtida  foi  a  redução  em  cerca  de  5  vezes  no  peso  do  conjunto,  que  media  7  metros  de  altura.  Por  último,  a  produção,  cura,  transporte  e  posicionamento  do  conjunto  a  uma  altura  de  22  metros  foram  realizados  em  apenas  48  horas.

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Figura  6.5  –  Torre  de  sino,  Laval,  França  [13].  Figura  6.4  –  Abrigo  de  pedestres  em  Calgary, Canadá [12]e[13]  Guarda­sóis em fachadas de edifício  O Ductal ®  foi utilizado para produzir painéis  pré­fabricados  para  construção  de  guarda­  sóis  (figura  6.6)  na  fachada  de  um  edifício  na  Universidade  de  Doua,  em  Lyon  (França).  Os  painéis  pré­fabricados  foram  produzidos  com  espessuras  de  3  a  4  cm  e  comprimento  de  1,70  m.  No  total,  foram  produzidos  mil  guarda­sóis  pré­fabricados  e  instalados  na  fachada  com  objetivo  de  desviar  e  difundir  a  luz  no  interior  do  edifício. 

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passarela com 19 m de comprimento e 1,6 m  de  largura  (figura  6.7),  inteiramente  em  Ductal ®,    em  um  de  seus  armazéns  destinados  ao  armazenamento  de  produtos  químicos.  A  passarela  foi  construída  com  três  elementos  pré­fabricados,  sem  armadura  passiva,  apoiada  em  pilares  de  aço,  independentes  da  superestrutura.  A  estrutura  produzida  ®  substituiu  o  com  o  Ductal  projeto  original  que  previa  o  uso  de  aço,  oferecendo  capacidade  de  carga  maior  que  a  estrutura  original,  com  apenas  uma  laje  de  8  cm de espessura. 

Figura 6.7 – Passarela industrial na Cryso  [13].  Estação de trem subterrânea  Combinar  desempenho  estético  era  o  objetivo  ambicioso  para  os  painéis  acústicos  utilizados  na  construção  de  uma  estação  subterrânea  (figura  6.8)  no  Principado  de  Mônaco.  As  paredes  da  estação  necessitavam  ser  produzidas  com  baixo  peso.  Então,  foram  construídos  painéis  acústicos  finos  com  aberturas  de  1,5  cm²  com  objetivo  de  diminuir  o  peso  e  o  barulho  provocado  pelo  fenômeno  de  reverberação  durante  a  passagem  dos  trens.  Além  do  exigir  desempenho  acústico  e  estético,  os  15  painéis  também  deveriam  resistir  à  agressividade  do  ambiente.  Além  do  mais,  painéis  com  dimensão  média  de  1,80  x  2,30  m,  espessura  de  2  cm  nas  áreas  sólidas  e  1,5  cm  nas  áreas  perfuradas  são  fáceis  de  serem  transportados  e  instalados,  fornecendo  acabamento  altamente  estético  para  os  usuários da estação e seus operadores. 

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para  fornecer  um  complexo  processo  de  unir  as  folhas  (algumas  das  quais  tinham  apenas  6 cm de espessura) ao tronco da árvore. 

Figura 6.9 – Árvore de Martel,[13].  Estruturas de pontes  A  administração  federal  de  estradas  dos  Estados  Unidos  (FHWA)  lançou  um  estudo  detalhado  para  desenvolver  soluções  utilizando  materiais  de  elevado  desempenho,  com  objetivo  de  reduzir  significativamente  o  número  de  pontes  obsoletas  de  várias  décadas  [13].  Dos  resultados  iniciais  com  diversos  ®  tipos  de  materiais,  o  Ductal  apresentou  a  melhor  solução,  fornecendo  custos  de  manutenção  reduzidos  em  função  da  máxima  durabilidade.  Conseqüentemente,  16  uma  ponte  experimental  (figura  6.10)  foi  projetada  e  construída  no  estado  da  Virgínia  validando  o  estudo.  A  ponte  é  composta  por  duas  vigas  em  forma  de  PI,  com  21,3  m  de  comprimento  por  2,44  m  de  largura,  utilizando  armadura  protendida.  O  projeto  dessas  vigas  foi  desenvolvido  e  monitorado  através  de  um  estudo  científico  realizado  no  M.I.T.  (Instituto  de  Tecnologia  de  Massachusetts), EUA. 

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ROSA  [15]  e  FAIRBAIRN  et  al.  [7].  A  figura  6.11  mostra  uma  casca  de  Ductal ®  construída  e  ensaiada  na  COPPE/UFRJ  por  BRANDÃO  [14].  A  casca  na  forma  de  tronco  piramidal  quadrada,  com  os  lados  medindo  3,0  m,  tem  apenas  1  cm  de  espessura.  Para  que  sua  ruptura  ocorresse,  foi  aplicada  uma  carga  pontual  superior  a  1  tf  na  região  central.  Este  estudo  provou  a  viabilidade  técnica  de  desenvolvimento  e  produção  de  elementos  estruturais  com  este  tipo de material no Brasil. 

Figura  6.11  –  Casca  em  forma  de  tronco  piramidal  projetada,  construída  e  ensaiada  na COPPE/UFRJ [14].  7. Conclusões  O  CONADAF­Ductal®   ,  por  ser  um  material  extremamente  resistente  e  durável,  mesmo  quando  submetido  a  meios  bastante  agressivos,  é  um  material  ideal  para  ser  utilizado  em  estruturas  cada  vez  mais  esbeltas  que,  físicamente,  impossibilitam  o  uso  de  armaduras  passivas.  A  seção  e  o  volume  de  concreto  necessários  para  resistir  aos  esforços  solicitantes  tornam­se  inferiores  àqueles  que  seriam  necessários,  caso  fosse  utilizado  concreto  convencional,  ou  seja,  o  volume  de  material  pode  ser  reduzido  17  consideravelmente.  A  longo  prazo,  a  durabilidade  elevada  do  material  minimizará  os  custos  de  manutenção,  reparo  e  substituição  da  estrutura  existente  por  uma  nova.  Todos  os  exemplos  apresentados  de  aplicação  deste  tipo  de  material  na  construção  de  elementos  estruturais  foram  bem  sucedidos,  indicando  sua  versatilidade  e  potencialidade. 

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Structural  Applications,  Honolulu,  USA,  (RILEM, 2005).  [6]  FAIRBAIRN,  E.  M.  R.,  TOLEDO  FILHO,  R.  D.,  FORMAGINI,  S.,  ROSA,  J.  I.  AND  BATTISTA,  R.  C.,  “Experimental  Analysis  and  Modeling  of  Ultra  High  Performance  Fiber  Reinforced  Concrete  Plates”,  in  International  Workshop  on  High  Performance  Fiber  Reinforced  Cementitious  Composites  in  Structural  Applications,  Honolulu,  USA,  (RILEM,  2005).  [7]  FAIRBAIRN,  E.  M.  R.?  TOLEDO  FILHO,  R.  D.?  BATTISTA,  R.  C.?  BRANDÃO,  J.  H.?  ROSA,  J.  I.?  and  FORMAGINI,  S.,  “Experimental  And  Numerical  Analysis  Of  UHPFRC  Plates  th  And  Shells”.  16  European  Conference  of  Fracture  –  Failure  Analysis  of  Nano  and  Engineering  Materials  and  Structures,  Alexandroupolis,  Greece,  July, 2006.  [8]  CHANVILLARD,  G.  AND  RIGAUD,  S.,  “Complete  Characterization  of  Tensile  Properties  of  Ductal  UHPFRC  According  to  the  French  Recommendations”.  RILEM  –  Fourth  International  Workshop  on  High  Performance  Fiber  Reinforced  Cement  Composites  (HPFRCC4),  Ann  Arbor,  USA, 2004.  [9]  DE  LARRARD,  F.,  “Concrete  Mixture  Proportioning:  A  Scientific  Approach”. 

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Modelagem de Elementos Básicos de Estruturas para a  Análise Qualitativa do Comportamento Estrutural  Paulo Fernando Neves Rodrigues 1  e Adriana da Silva Hermida 2  1 Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ  Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, FAU/UFRJ  Ilha do Fundão – 21945 970 ­ Rio de Janeiro, RJ, Brasil  E­mail: pfnr@fau.ufrj.br  2 Arquiteta, formada pela FAU/UFRJ  Ilha do Fundão – 21945 970 ­ Rio de Janeiro, RJ, Brasil  E­mail: driarq@click21.com.br 

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todo  arquiteto  deve  conhecer  os  tipos  de  sistemas  estruturais  existentes,  saber  como  seus  elementos  se  comportam  e  estar  capacitado  a  apresentar  seu  pré­  dimensionamento.  As  estruturas  criadas  pelo  homem  são  concebidas  e  projetadas  para  atender  a  determinados  requisitos  básicos,  sejam  estes  de  funcionalidade,  de  estética,  de  economia,  de  equilíbrio,  de  estabilidade,  de  resistência  etc.  Deste  modo,  tornam­se  a  essência  da  arquitetura.  Portanto,  o  primeiro  contato  do  aluno  com  esta  matéria  é  de  extrema  importância,.  uma  vez  que,  a  partir  desse  momento,  o  estudante  se  sentirá  motivado  a  ampliar  e  aprimorar  os  seus  conhecimentos  nos  períodos seguintes.  No  curso  de  Arquitetura  e  Urbanismo  da  FAU/UFRJ,  já  no  primeiro  período  letivo  o  estudo  dos  sistemas  estruturais  é  introduzido  através  da  disciplina  “Modelagem  dos  Sistemas  Estruturais”.  Nesta  disciplina,  estudam­se  não  só  as  características  e  propriedades  principais  de  cada  elemento  estrutural  isolado,  mas  também  as  diversas  composições estruturais.  A  metodologia  utilizada  no  curso  explora  o  uso  da  intuição  no  processo  de  aprendizagem,  através  de  exemplos  tirados  dos  elementos  existentes  na  natureza,  das  reações  no  corpo  humano,  de  modelos  reduzidos  de  estruturas  feitos  em  sala  pelos  alunos,  monitores  e  professores?  e  exemplos  de  aplicação  de  estruturas  na  Arquitetura  e  Engenharia,  através  de  observações  das  obras  construídas  no  passado  e  no  presente,  seus sucessos e insucessos.  O  objetivo  é  mostrar  ao  aluno  qual  a  função  da  estrutura  na  Arquitetura,  sua  relevância  no  processo  de  projetar  e  executar  uma  edificação,  introduzindo  qualitativamente  os  sistemas  estruturais  existentes  e  suas  características,  incluindo  o  comportamento  estrutural,  quando 

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Os  sistemas  estruturais  são  compostos  de  elementos  que  ao  se  inter­relacionarem  desempenham  uma  função,  permanente  ou  não.  A  associação  destes  elementos  pode  resultar  em  inúmeras  possibilidades  de  criações  estruturais.  Quando  feita  de  uma  maneira  coerente,  sob  o  ponto  de  vista  econômico,  com  base  na  diversidade  de  materiais  existentes,  pode­se  chegar  numa  arquitetura  com  soluções  estruturais  mais  leves e econômicas.  A  seguir,  são  apresentados,  de  maneira  sucinta,  alguns  aspectos  da  metodologia  aplicada  no  curso  e  exemplos  de  algumas  possibilidades  de  arranjos  de  sistemas  estruturais  e  suas  configurações  deformadas,  a partir de determinadas solicitações.  VIGA  A  maioria  das  estruturas  dos  prédios  é  constituída  de  arranjos  de  elementos  de  vigas  e  colunas.  Estes  são,  portanto,  os  elementos  estruturais  básicos  mais  comuns  da construção civil.  As  vigas,  quando  solicitadas  por  cargas  verticais atuantes de cima para baixo, sofrem  deslocamentos,  apresentando  uma  deformada  associada  à  flexão.  Na  prática,  apesar  desses  deslocamentos  ocorrerem,  geralmente  não  são  perceptíveis  a  olho  nu  porque são muito pequenos.  A  flexão  acarreta  uma  combinação  de  tração  e  compressão.  Pode­se  facilmente  perceber  onde  ocorre  tração  e  compressão  em  vigas  através  do  uso  de  modelos  reduzidos,  confeccionados  em  materiais  flexíveis  que  possibilitem  a  ampliação  dos  deslocamentos.  Para  compreender  de  uma  forma  melhor  o  comportamento  estrutural  de  vigas  através  da  análise  de  suas  configurações  deformadas,  os  alunos  construíram  modelos  de vigas de borracha com diversas condições  de  apoio.  As  Figuras  2.1,  2.2  e  2.3 

21  apresentam  exemplos  de  vigas  simplesmente  apoiada,  biengastada  e  contínua,  respectivamente.  A  partir  desses  modelos,  pode­se  perceber  que  as  extremidades  da  viga  simplesmente  apoiada  giram  livremente  quando a carga é aplicada. Por outro lado, na  viga  duplamente  engastada,  as  extremidades  não  permitem  o  giro.  No  caso  da  viga  contínua,  percebe­se  a  influência  de  um  vão  sobre o outro.  É  notável,  também,  nos  três  modelos,  a  ocorrência  de  tensões  de  compressão  nas  fibras  superiores  da  seção  transversal  e  tração  nas  inferiores,  nas  regiões  centrais  dos vãos. 

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Com  o  objetivo  de  visualizar  melhor  os  resultados  da  torção,  os  alunos  montaram  os  modelos  das  Figuras  2.5  e  2.6,  onde  podem­  se ver, nitidamente, esses efeitos. 

Figura 2.3 – Viga contínua  No  caso  particular  de  vigas  em  balanço,  acontece justamente o oposto, ou seja, tração  nas  fibras  superiores  e  compressão  nas  inferiores,  como  apresentado  na  figura  2.4,  a  seguir. 

Figura 2.4 – Viga em balanço  Ao  analisar  estes  quatro  modelos  de  viga,  os  estudantes  chegaram  à  conclusão  que  a  viga  biengastada  apresenta  deslocamentos  menores  e,  como  conseqüência,  pode  suportar  mais  carga  que  a  viga  simplesmente  apoiada.  A  viga  em  balanço,  por  sua  vez,  é  muito  mais  flexível  que  a  viga  simplesmente  apoiada,  sendo,  portanto,  a  menos  resistente  em  termos  de  capacidade de carregamento.  Alguns  tipos  de  vigas  podem  sofrer  torção. Vigas que suportam marquises são os  exemplos  mais  comuns  encontrados  na  prática.  A  viga  balcão,  devido  à  sua  forma  curva, também, apresenta torção.  22  Figura 2.5 – Viga de marquise 

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