Conceitos fundamentais da mecânica das estruturas

 

        Nesta página serão examinados alguns dos conceitos fundamentais da mecânica das estruturas, iniciando-se com o próprio conceito de estrutura e com as ações que nelas atuam.

 

As estruturas e as ações que as solicitam

 

         Dá-se o nome de estrutura às partes resistentes de uma construção, de uma máquina, de um automóvel, de um navio, de um avião, de um objeto, de uma planta, de um animal, etc. Olhando ao nosso redor, observamos que tudo o que nos cerca possui uma estrutura: o edifício em que estamos, o computador que utilizamos, a estante em que guardamos nossos livros e a cadeira em que nos sentamos têm uma estrutura. Nós próprios temos uma estrutura, constituída pelos ossos, músculos e tendões.

          Examine a seguir algumas estruturas encontradas na natureza, nos objetos do dia-a-dia e em obras de engenharia.

           Felizmente para nós, o comportamento das estruturas não depende de sua finalidade, e a mesma teoria que explica o funcionamento das estruturas da engenharia civil se aplica também às estruturas da engenharia mecânica, da engenharia naval, da engenharia aeronáutica, da engenharia de minas, da indústria de móveis, da indústria de embalagens, e mesmo da ortopedia e da odontologia. Por esta razão, os alunos de engenharia civil, engenharia mecânica, engenharia naval e engenharia aeronáutica têm cursos muito semelhantes de mecânica das estruturas. A diferença é uma maior ênfase em estruturas de barras para os civis, em estruturas formadas por chapas para os navais, em estruturas esbeltas para os aeronáuticos.

 

         Para que uma construção, uma máquina, um automóvel ou um objeto funcionem bem, devem resistir as ações que atuam sobre eles ao longo de sua vida útil. Estas ações, que solicitam a estrutura e podem levá-la à ruína, são de três tipos:

 

        Forças: o peso próprio da estrutura, o peso dos automóveis que passam por uma ponte, a pressão do vento sobre uma chaminé, a carga movimentada por um guindaste, as pessoas transportadas por um elevador, a pressão da água sobre um submarino, etc. Examine agora algumas destas forças.

 

        Variações de temperatura:  essas variações, mudando a forma da estrutura, podem provocar esforços em seu interior. Analise agora algumas destas situações.

 

         Deslocamentos de apoio: todos conhecem os efeitos devastadores que os terremotos têm sobre as construções; mesmo quando os deslocamentos de apoio ocorrem lentamente, como na orla de Santos, podem introduzir esforços importantes na estrutura. Conheça aqui algumas destas situações.

       

        Clicando-se aqui, pode-se observar, de maneira simples e didática, o comportamento de uma estrutura  submetida às diferentes ações mencionadas acima. Vale informar que o site é em inglês e que foi preparado  para jovens sem conhecimentos de resistência dos materiais.

 

         Ao fazer-se o projeto de uma estrutura é preciso, portanto, estimar quais são as ações que poderão solicitá-la ao longo de sua vida útil, e projetá-la para suportar adequadamente estas ações. Algumas destas ações são conhecidas com bastante precisão, como o peso próprio da estrutura ou o empuxo da água sobre as paredes de uma caixa d’água; a maior parte das ações, entretanto, não é bem conhecida, devendo ser determinada estatisticamente: é o caso dos veículos que passam por uma ponte, da pressão do vento sobre uma chaminé, das ondas do mar sobre um navio, dos deslocamentos de apoio provocados por um terremoto. Faz-se um estudo estatístico destas ações, utilizando-se no projeto ações com uma probabilidade muito baixa de serem ultrapassadas durante a vida útil da estrutura.