Engenheiros estudam ação do fogo sobre estruturas metálicas

Sim, eu sei que tinha parado com artigos com recentes publicações científicas. Falta de tempo para ler material e selecionar o que pode ser interessante, apesar que se eu colocar Voz dos Alienados todos os dias, garantirei boa audiência; mas eu gosto de prover conteúdo, e isso consome tempo. Mais do que eu gostaria, menos do que eu deveria. Enfim, escolhi uma pesquisa de engenheiros da Universidade Purdue, que visa determinar os efeitos do fogo sobre diversas estruturas de aço, tais como edifícios e pontes. Como fogo só é legal para fazer churrasco, convém mantê-lo longe de nossas casas o máximo possível.

O dr. Amit H. Varma é professor associado da faculdade de Engenharia Civil da Universidade de Purdue, em Indiana, EUA. Diferente de alguns de seus conterrâneos, o dr. Varma (nascido em Bombaim, (Índia) não possui nenhum diploma de astrofísica, não tem problemas em falar com mulheres, não é escritor e nem ator de Bollywood. Com mais de um bilhão de habitantes, não ter um homônimo é praticamente impossível. Não que isso tenha algo a ver com o tema do artigo, é claro.

Deixando as besteiras de lado, a equipe do dr. Varma realiza experimentos para determinar o comportamento fundamental das colunas de aço sob ação térmica. De forma MUITO simplista, eles esquentam vigas de aço, mas não é só isso. Vários tipos de ligas de aço sob a forma de colunas de sustentação são testadas, mediante ação mecânica e térmica combinadas. Ou seja, não basta esquentar a coluna, eles ainda tentam torcê-la, sacudi-la, batê-la etc. até ver onde se dá os maiores pontos de tensão e determinam sua ruptura. Em outras palavras, eles ficam brincando de destruir peças de aço, oque eu acho muito legal, porque eu não acharia legal uma viga dessas se romper enquanto ela estiver sustentando algo de extrema importância para a humanidade. Como a minha sala, por exemplo.

Como toda pesquisa pioneira, os pesquisadores tiveram que criar o equipamento necessário, já que um simples forno não seria o bastante. Associado a isso, não basta simplesmente aquecer algo. Isso até o meu micro-ondas (damn you, acordo ortográfico) faz. É preciso coletar dados, tendo sido necessário criar novas técnicas de processamento de imagem digital incorporada com fotogranulometria de curto alcance para medir a deformação e curvatura sobre a região aquecida, conforme é dito no Press Release da equipe.

Obrigado, André. Agora, poderia fazer-nos a graça e a benesse de dizer WHAT PORRA IS IT?

Simples, meus leais súditos. Você esquentou um pedaço de metal, como um garfo por exemplo. Você nota duas coisas: Uma, ele ficou avermelhado (a benção, tio Bohr), a segunda: ele quase queimou a sua mão, mas você foi esperto o suficiente para usar um pano de prato. Se não usou, esqueça a parte do “esperto”! Sabe o que isso informa em termos de pesquisa científica? Nada. É preciso saber como as moléculas da liga se comportam, só que elas são muito pequenas. Assim, câmeras e dispositivos capaz de “iluminar” os retículos cristalinos, de forma a ver como os átomos metálicos se comportam. Normalmente, utiliza-se difração de raio-X. Seria como olhar um lenço de linho contra a luz. A luz passa pelas tramas do lenço e você poderá ver como estão dispostos os fios. Com a técnica, os pesquisadores obtém modelos tridimensionais, capazes de modelar e recriar as deformações que acontecem durante o aquecimento do corpo de provas.

O maior desafio para a equipe foi realmente o “forno”, que – como foi dito acima – não foi feito com um forno comum, pois era preciso temperaturas a mais de 1000 ºC. Para isso, a equipe do dr.Koothrappali dr. Varma projetou um sistema composto por painéis de aquecimento que usam energia solar para simular fogo. Os painéis têm bobinas elétricas e são colocados perto da superfície dos corpos de prova. Como o sistema é usado para simular fogo, as estruturas de ensaio são submetidos a forças com equipamentos hidráulicos.

A 1000 ºC, o aço exposto levaria cerca de 25 minutos para perder cerca de 60 por cento de sua resistência, dureza e tenacidade. Um aquecimento prolongado terá, portanto, um efeito contrário à da têmpera. Na têmpera, uma peça de aço (ou vidro) é submetido a um curto período de aquecimento intenso, seguido de um resfriamento abrupto. Isso resulta no aparecimento de forças internas que conferem resistência ao material (aguardem artigo falando sobre o vidro). Com um aquecimento relativamente lento, mas ininterrupto, o aço torna-se mais macio e menos resistente. Isso, para quem mora em prédios, é o pesadelo, apesar que normalmente, os aço utilizados em uso em edifícios são revestidos por um material isolante ao calor. Assim, enquanto a temperatura externa beira as raias do inferno, a liga de aço está com temperatura de 300 ou 400 ºC.

A importância desta pesquisa é evidente e pouco se pode dizer a respeito. Novos materiais, principalmente cerâmicos, devem passar a entrar na feitura de vigas e colunas de aço, de modo a conter o aumento da temperatura externa, além de desenvolver novas técnicas e procedimentos na geração e leitura de dados que possam ser usados no projeto de novos edifícios, buscando por alternativas baratas, mas não menos eficientes.

31 comentários em “Engenheiros estudam ação do fogo sobre estruturas metálicas

  1. Eis os verdadeiros homens santos. O que seria do mundo atual sem as tantas contribuições dos cientistas e pesquisadores, que dedicam suas vidas ao conhecimento.

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    1. Convenhamos, os métodos de construção dos americanos é porca. Casas feitas de madeira, prédios de aço e vidro (mesmo pq, assim sobra mais espaço útil, que poderá ser alugado) etc.

      No caso do WTC, a sustentação era feita por treliças. Com o calor, elas amoleceram, o peso cedeu e aconteceu o que foi visto.Engenharia não é muito minha especialidade, mas acho que num prédio de concreto o resultado seria outro. Com a palavra, os engenheiros.

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      1. @André, Sempre achei engraçado aquelas mansões caríssimas, mas feitas de madeira. E mais, penso que as casas lá resistiriam bem mais aos tornados, se fossem de alvenaria como as nossas.

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        1. Tornados E incêndios. Os ricaços da Califórnia que o digam. Aqui, qualquer zé ruela constrói uma casa decente (tendo material, evidente). Eu até sacaneava o pessoal da engenharia dizendo que um favelado analfabeto construía uma casa escorada com pau podre no alto de uma ribanceira tinha mais segurança que os prédios que eles projetavam. Where are their Gods?

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      2. @André,

        E aquela historia dos cortes nas pilastras e do edifício cair certinho no chão, etc. (zeitgeist feelings)

        Quando assisti as torres caindo a primeira coisa que me veio a cabeça foi: Porque diabos está caindo dessa forma? Sei que tinha o contra peso lá em cima, porém tinha um rombo de avião do tamanho de um andar inteiro.

        Nunca parei para pesquisar, até porque não faz muita diferença pra mim. Porém que sempre achei a historia mal contata achei.

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        1. O que eu sei é que o projeto do WTC visava (como sabemos) ser um prédio comercial. Portanto, ele precisava ter o máximo de vãos livres possível. Assim, eles construíram um “núcleo” central (isso deve ter um nome específico e não vou pesquisar. Se tiver algum engenheiro, agradeço a participação), onde era construído em volta. A parede era de aço e vidro e a suspensão dos andares era por treliça. Com o calor com impacto/explosão, as treliças deformaram e não conseguiram suportar o peso (no sentido de força mesmo). Os aviões passaram direto pela parede de vidro, atingindo a coluna/núcleo/seilácomochamamaquelabosta central, acabando com o equilíbrio. A energia do impacto aplicada à estrutura, além, somada á energia potencial gravitacional armazenada e a energia da queima/explosão do combustível fez com que tudo cedesse, andar-por-andar.

          Isso é o que eu sei, pelo menos, mas não sou especialista no assunto.

          A história é mal-contada pq o sistema de segurança dos EUA é um lixo maior do que fazem crer, mas não acho que foi obra interna de algum inimigo atrás da cortina. OOOOOOOHHHHHHHHHH

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          1. Se há algum inimigo, tenho certeza que ele está fazendo de tudo pra deixar todas as provas “atrás da cortina”. Esse tipo de assunto é intrigante, mas que te faz dar voltas e voltas no mesmo lugar.

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          2. Juro que da primeira vez eu li “Todo mundo sabe que foram os Jedis“.
            :lol: :lol: :lol:

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        2. @Wallacy,
          Dê uma olhada nesta série (2) de videos filmados durante a construção do WTC:

          Eu tbm fico imaginando como é que um prédio daquele caiu daquela forma e como o metal da estrutura interna pode ter derretido com o combustível do avião, que não sei se atinge temperaturas tão altas para isso.

          Um dia eu dou uma pesquisada melhor, mas, embora a teoria do filme Zeitgeist seja pra lá de paranoica, temos que admitir que o 11 de setembro veio numa boa hora para um governo procurando razões para invadir países do eixo do mal :-) (mas vou parar por aqui, pq não quero fugir muito do assunto também).

          Quanto ao nome do pesquisador… hauahauha Caramba! Este nome é o Will Smith dos EUA (Will e Smith são nomes muito comuns lá) e João da Silva no Brasil? hauahua

          Meu filho se chamará Golimar Norris.

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  2. Mal terminei de ler o artigo, já espichei os olhos pro “livrinho” :shock: do Willian D. Callister Jr (Materials Science and Engineering) que está pacientemente aguardando uma atitude de seu proprietário…
    (Acho que se a pesquisa dependesse de mim, então… que Tutatis proteja nossas cabeças!!) :lol:

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  3. Pros interessados na pesquisa, o processo de “amolecimento” (na verdade, aumento da dutilidade e redução da resistência à deformação por meio da reorganização da microestrutura do aço) por aquecimento prolongado se chama “recozimento”. É um assunto divertido, have fun :razz:

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  4. Mo legal isso, quem sabe nessa pesquisa n inventam uma liga de aço pra suportar aquela cidade fodástica que o japão pretende construir, ainda nem inventaram material da base que vai suportar o peso de um “trocilhão” de toneladas, ja pensaram numa liga de aço com nanofios de carbono mas falta alguem pra criar o processo!
    Pra quem quiser:

    Se souberem que inventaram algo novo me fala , to querendo construir um quadro de bike que n quebre, ja “comi” 3, inclusive um de cromoly, hehe!

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  5. A escolha de determinado material de construção baseia-se em diversos fatores, dentre eles: disponibilidade do material e mão de obra, custo de construção, experiência local, condições climáticas, etc.

    Na questão Madeira vs Alvenaria, descobri um fórum lusitano que trata do assunto (!):

    http://forumdacasa.com/discussion/4976/casas-de-madeira-vs-casas-de-alvenaria-tijolo-resistencia-ao-fogo-e-outros-aspectos/

    O site de uma empresa portuguesa:

    http://www.casema.pt/faq/porque-casa-de-madeira/

    De forma sucinta, uma casa de madeira tem como vantagem:

    a) Excelentes condições de habitabilidade
    b) Rapidez na construção;
    c) Racionalidade da obra e ausência de desperdício de materiais;
    d) Acabamentos de forma prática e eficaz;
    e) Facilidade de manutenção;
    f) Facilidade na execução de alterações futuras;
    g) Possibilidade de desmontagem e mudança, com pouquíssimas perdas de material;
    h) Durabilidade de gerações;
    i) Baixo custo de conservação;
    j) Conforto térmico;
    k) Beleza e nobreza do material;

    No Brasil nós vemos predominantemente casas de alvenaria devido à cultura e disponibilidade de materiais (cimento, areia, tijolo), isso influi para que o custo seja menor do que uma casa de madeira.

    Agora sobre a construção de edifícios em aço x concreto:

    O aço como material de construção tem seu uso mais vantajoso do que o concreto, mas, por razões culturais, ainda encontra resistência no Brasil.

    Algumas das vantagens do aço:

    1) Facilidades na utilização de materiais complementares pré-fabricados;
    2) Condições para projetar economicamente grandes vãos livres;
    3) Flexibilidade de utilização dos espaços construídos;
    4) Liberdade de formas;
    5)Desmontagem e remontagem da edificação em outro local;
    6) Ampliação e reforma da edificação, com o mínimo de interferência e transtornos na utilização normal do edifício.

    Além disso, deve-se levar em conta o prazo de execução menor (http://news.yahoo.com/s/yblog_upshot/20101112/bs_yblog_upshot/chinese-workers-build-15-story-hotel-in-just-six-days)

    Como o André havia dito, por se tratar de um prédio comercial e bastante alto, o WTC foi feito de aço, que possui uma resistência bem superior ao concreto, assim, para determinada força de compressão, o aço ocupa uma área bem menor. Além disso, com o uso do aço pode-se reduzir a distância entre pisos em aproximadamente 0,4m, ou seja, a depender da legislação para altura do prédio, pode-se ganhar um ou dois pavimentos.

    Abs

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    1. @Hugo L,
      Estes dias fui novamente na Usina de Itaipu, e as paredes da barragem lá são feitas de concreto puro, sem aço, pois segundo o que o engenheiro da visita explicou (não lembro ao certo, desculpem) no caso de Itaipu o concreto é capaz de ter uma resistência tão ou maior que ligas metálicas, além de ser muito mais barato (a economia foi em torno dos 30%). As paredes da barragem são construídas de uma forma em que a pressão exercida pela água é quem evita que haja infiltrações e o que dá resistência à barragem.

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      1. @leandrosansilva, Te mostraram o mecanismo pra saber se as paredes estão se movendo? Uma espécie de placa com furos. Tem que encaixar precisamente nos pontos de encontro dos blocos. Se não encaixar… Humm…

        (btw, acho que moramos na mesma cidade)

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    2. @Hugo L, se bem que o WTC só utilizava aço para sustentar as lajes que circundavam o núcleo central, pois este era em concreto armado, mesmo. :???:

      Se bem que hoje dá para fazer prédios em alvenaria estrutural, só não sei se tão altos quanto os do WTC. :roll:

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  6. Ah, me lembrei daquele filme “Núcleo – Viagem ao Centro da Terra”, onde os caras desenvolvem uma liga que, quanto maior a temperatura e pressão externa, mais resistente fica. Aí os caras constroem uma nave “escavadeira” com este material, vão até o centro da terra, explodem algumas ogivas nucleares lá, fazem com que o núcleo, que tinha parado e se esfriava, voltasse a se aquecer e mover-se novamente, e no fim o Estados Unidosmundo é salvo mais uma vez pelas meninas super poderosas :-)

    Saindo da ficção, existe algum material já conhecido que tenha características que lembrem o comportamento do material do filme?

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  7. Na têmpera, (…). Isso resulta no aparecimento de forças internas que conferem resistência ao material (aguardem artigo falando sobre o vidro).
    Mais ou menos.
    O que vai conferir maior dureza ao aço temperado é a mudança da microestrutura cristalina da solução (vamos deixar de lado a forma e o tamanho dos cristais), criando cristais de martensita.
    As tensões internas diminuem a tenacidade do aço, tornando-o mais quebradiço (reduzindo sua resistência mecânica), por isso, depois do processo de têmpera, é feito o recozimento, para aliviar essas tensões, o que (se controlado) reduz um pouco a dureza, mas aumenta bastante a tenacidade.

    Quanto ao vidro, sei lá, vou esperar um artigo sobre ele.

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