Engenharia das Estruturas

A Engenharia Estrutural

   Engenharia Estrutural é a ciência e arte de projetar e construir, com economia e elegância, edifícios, pontes, e outras estruturas similares, de tal forma que possam resistir com segurança às forças a que venham estar sujeitas

    Engenharia é ciência e arte. A concepção de um projeto para uma nova estrutura pode envolver tanta criatividade e tanta síntese de experiência e conhecimento quanto qualquer artista é levado a trazer à sua tela ou papel. Uma vez que o projeto é articulado pelo engenheiro como artista, deve então ser analisado pelo engenheiro como cientista através da aplicação do método científico, tão rigorosamente quanto qualquer cientista deve fazer. As idéias de economia e elegância são inseparáveis, pois um engenheiro responsável não desperdiça nem recursos físicos nem mentais. Restrições econômicas são impostas pelas demandas de mercado, enquanto que a necessidade de elegância é geralmente auto-imposta pelos melhores na profissão da mesma maneira que artistas e cientistas vêem elegância e beleza nas mais simples telas e nas mais compactas teorias. Em seguida, a  definição traz o ideal de segurança, um objetivo que é no fim das contas mais importante que os objetivos econômicos e estéticos, pois a perda de uma simples vida devido a um colapso estrutural pode tornar a mais econômica e bela das estruturas na mais cara e feia. Finalmente, a definição conclui com a ideia de que uma estrutura é segura se ela é capaz de resistir às forças a que pode estar sujeita. Para simbolizar a infinidade de forças pelas quais a estrutura pode ser solicitada, note-se que não existe um ponto final no que, de outro modo, seria uma sentença completa.

O Papel do Colapso Estrutural no Desenvolvimento da Engenharia

    A engenharia tem como principal objeto não o mundo natural mas o mundo que os próprios  engenheiros criam; e este mundo muda constantemente, pois as estruturas humanas envolvem rápida e constante evolução. Ora, mudança constante implica na existência de muito mais modos de algo dar errado. Evitar colapso é o principal objetivo de um projeto de engenharia, e muitas vezes desastres colossais ocorrem devido a falhas de projeto. Mas as lições que se têm destes desastres podem fazer mais para o avanço do conhecimento da engenharia do que todas as estruturas bem sucedidas do mundo.

    Engenheiros não são seres sobre-humanos. Eles cometem erros em suas hipóteses, em seus cálculos, e em suas conclusões. Que eles cometam erros é perdoável; que eles percebam estes erros é imperativo. Ninguém deseja aprender através de erros, mas não podemos aprender o suficiente somente através de sucessos para irmos além do estado-da-arte. Uma vez que, no século XIX, a engenharia veio a ser a aplicação do método científico à construção de pontes ferroviárias e outras estruturas ambiciosas, seus praticantes tiveram que lidar mais explicitamente com as questões de colapso e sucesso estrutural. Anteriormente, o colapso de pirâmides e catedrais ocorriam sobretudo durante a execução e não durante o uso da construção. Por sua vez, o colapso de pontes ferroviárias envolvia as vidas não só dos operários engajados em uma atividade de alto risco, mas também de pessoas inocentes que confiavam sua segurança aos engenheiros. O colapso de qualquer estrutura é causa de preocupação, pois um simples incidente pode indicar uma falha material ou erro de projeto que torna irrelevantes centenas de aparentes sucessos estruturais. Deve-se sempre ter em mente que a simples expectativa de engenheiros e leigos é que a estrada não irá conduzir a pontes que desabam!

Ponte Tacoma Narrows  foi uma ponte localizada sobre o  Estreito de Tacoma, Washington, Estados Unidos e que caiu. Este acontecimento foi devido a um colapso gerado por fortes ventos. A Ponte de Tacoma sempre balançava, porém neste dia o vento atingiu uma velocidade de aproximadamente 65 km por hora; com isto começou a gerar movimentos de torção entrando assim em ressonância, vindo a estrutura a colapsar.

Segurança em Estruturas

    Enquanto que os engenheiros podem aprender através de erros estruturais o que não fazer, eles não necessariamente aprendem através de sucessos como fazer alguma coisa, exceto repetir o sucesso sem mudanças. E mesmo isto pode ser temeroso, pois uma combinação de boa sorte em que temos uma ponte construídacom um material ótimo, com manutenção bem feita e nunca sobrecarregada, pode estar completamente ausente em uma outra ponte com projeto idêntico, mas feita com material de qualidade inferior, muito mal cuidada e constantemente sobrecarregada. Por isso, o engenheiro necessita de meios racionais de se lidar com todas as incertezas de projeto e construção, como possíveis falhas de materiais, pior ou melhor manutenção (quando existente), eventuais sobrecarregamentos, etc.

     Um desses recursos, empregado em todos os projetos de engenharia, é o coeficiente de segurança, um número a que frequentemente se refere como “fator de ignorância”. O objetivo dos coeficientes de segurança é, por exemplo, tornar possível que uma ponte metálica construída com o pior lote imaginável de aço suporte o mais pesado dos caminhões passando sobre (ou dentro, no caso das rodovias brasileiras) o maior buraco imaginável da pavimentação, tudo isso durante o maior dos vendavais. O coeficiente de segurança é calculado dividindo-se a carga necessária para causar a ruína pela máxima carga prevista para atuar sobre a estrutura. Assim, se um cabo com capacidade de 50 kN é utilizado para levantar um objeto com não mais que 10 kN por vez, o fator de segurança é 50 / 10 = 5. Não importa o quão bem o engenheiro de hoje compreenda o funcionamento de suas estruturas, ele não pode determinar e introduzir em seus cálculos todas as incertezas que existem. Mesmo uma sofisticada estrutura da engenharia moderna, assim como a simples corrente da antiguidade, não é mais forte que o seu elo mais fraco. Como nenhum projetista quer ver insucesso em suas estruturas, quando o assunto é segurança nenhuma estrutura é deliberadamente sub-dimensionada. Por exemplo, as consequências de falha estrutural em usinas nucleares são tão terríveis que enormes margens de segurança são adotadas em seus projetos.

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Definição de Estrutura

Estrutura é o conjunto de diferentes elementos estruturais de uma construção, convenientemente vinculados entre si e com o solo de fundação, e dotados de capacidade de resposta aos efeitos das ações solicitantes permanentes e acidentais, projetada e calculada de modo a atender a todos os estados limites exigíveis, bem como às condições de durabilidade requeridas.

1. Classificação das Estruturas
2. Estruturas Reticuladas
3. Ações Solicitantes
4. Classificação Geral dos Esforços
5. Cargas
6. Equilíbrio Estático
7. Compatibilidade
8. Indeterminação Estática e Cinemática
9. Apoios e Reações
10. Mobilidade
11. Esforços Internos Solicitantes
12. Princípios de Superposição dos Efeitos 
13. Estados Limites
14. Verificação da Segurança
15. Métodos de Análise Estrutural

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