Estruturas da natureza

 

   Conforme já mencionado antes, as estruturas comportam-se da mesma maneira, sejam elas estruturas de engenharia, de objetos, ou da natureza.  Assim, os conceitos de mecânica das estruturas utilizados nos cursos de engenharia são também válidos para a compreensão do funcionamento das estruturas da natureza.     

    Nesta página são apresentados alguns exemplos que ilustram estruturas encontradas na natureza, e como elas se relacionam com os conceitos de mecânica das estruturas (clique nas fotografias para ampliá-las).

 

Estrutura do corpo humano

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Livro Anatomia Humana.

     A estrutura dos animais vertebrados – logo também a do homem – é constituída pelos ossos, músculos e pelos ligamentos e tendões que os unem; os ligamentos unem os ossos uns aos outros, e os tendões unem os músculos aos ossos. Todos sabem que o esqueleto sozinho não conseguiria ficar em pé, assim como os músculos sem o esqueleto tomariam um formato disforme e achatado. É este conjunto dos ossos e músculos trabalhando juntos que constitui a estrutura dos animais vertebrados.    

     O crânio humano, mostrado ao lado, é parte dessa estrutura, sendo constituído por 22 ossos, 8 no crânio propriamente dito, e os demais na face.

Palmeira

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Fotografia de Luis Alberto Tello Arévalo

     Uma palmeira pode ser analisada, do ponto de vista estrutural, como uma viga engastada. E, sob esse aspecto, ela é solicitada por dois esforços básicos: o peso próprio e a ação do vento. O primeiro resulta numa força normal de compressão (na direção vertical), e o segundo gera um momento fletor e uma força cortante, devidos à aplicação de uma força distribuída (na direção horizontal).

     Dessa forma, o comportamento estrutural de uma palmeira é o mesmo de um poste de iluminação, uma vez que os esforços nela aplicados são os mesmos que no poste.

     A fotografia ao lado é de uma das palmeiras existentes no jardim do edifício de Engenharia Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

 

A teia de aranha

      A teia de uma aranha é uma das mais interessantes estruturas da natureza. Constituída de pura seda, é fabricada no abdômen das aranhas, onde seis glândulas independentes são capazes de produzir a seda. Cada glândula é conectada por um duto às "fiadeiras", que são pernas vestigiais transformadas existentes na parte traseira do abdômen. Todas as glândulas secretam a seda, que é uma proteína, mas os fios de cada uma diferem quanto à consistência e propósito, devido a outras secreções que cada glândula produz.

      Apenas as fêmeas são capazes de fabricar teias grandes, e a maior parte do tempo a aranha fica no centro da teia; por isso, essa região é normalmente construída com fios "secos". A partir dessa região central partem radialmente outros fios "secos". A espiral da teia é feita com o fio básico da seda, mas que durante o processo de extrusão recebe uma substância pegajosa secretada pelas glândulas de cola.  É essa substância que aprisiona moscas e outro insetos.  No entanto, a aranha ao andar pela teia deve tocar apenas os fios "secos", sob risco de ela mesma ficar presa.  Isso só é possível porque a aranha possui, na extremidade de cada perna, pequenas garras e cerdas que lhe permitem agarrar firmemente os fios da teia, e porque a teia nunca é construída na posição vertical; ela é sempre inclinada, e a aranha se movimenta por ela pelo lado de baixo, ou seja, a aranha anda de cabeça para baixo. 

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Monteiro, S., Kaz, L., ed., Floresta Atlantica, Edições Alumbramento, Rio de Janeiro, 1991/92.

        Além desses tipos de fios, existem os fios "telegráficos", que ligam as diversas regiões da teia ao centro; é através deles que a aranha sabe onde está a presa e que tipo de inseto foi capturado, o que é muito importante, pois insetos grandes são capazes de se livrar da cola, e, nesse caso, a aranha pode tornar-se a vítima de sua própria armadilha.     

 

Arcos de pedra

     Conhecido como "The Landscape Arch", a estrutura ao lado é conhecida por ser o maior arco natural do mundo em extensão.

     Ele possui 90 metros de vão e 32 metros de altura, além de uma espessura de aproximadamente 3,6 metros na região mais fina.

      Por possuir um comprimento muito grande e ser relativamente fino, não se pode afirmar por mais quanto tempo essa estrutura estará estável, já que ela continua a ser erodida pelo vento e pela água.

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Brown, D. J., Bridges, Mitchell Beazley, London, 1996.

http://www.naturalarches.org/big9-1.htm    

       Em setembro de 1991, uma parte do arco se desprendeu, fazendo com que a espessura da menor seção transversal diminuísse de 5,3 para 3,6 metros. 

        O "Landscape Arch" fica localizado no Parque Nacional dos Arcos, em Utah, nos Estados Unidos. Tal Parque contém mais de 1500 arcos naturais, sendo que a maioria possui pequena extensão

     Conhecida como " Rainbow Bridge", a estrutura ao lado é o terceiro maior arco natural do mundo em extensão e  a maior ponte de pedra existente, isto é, o arco natural de maior vão que passa sobre um rio.

     Tal estrutura possui um vão de 84 metros e uma altura de aproximadamente 80 metros (pode-se perceber, na foto,  que a altura do arco é muitas vezes maior que a das pessoas localizadas abaixo dele).

     Este arco se localiza no Monumento Nacional Rainbow Bridge, em Utah, Estados Unidos.

 

 

             

http://anuko.bei.t-online.de/America/Utah-Rainbow-Bridge-2.html

 

            No Brasil, também se verifica a existência de arcos de pedra. Muitas dessas estruturas naturais estão localizadas no Parque Nacional de Sete Cidades, no Piauí, a 206 km de Teresina. Este parque foi criado em 1961 e contém algumas das estruturas naturais mais conhecidas do Brasil.

             As duas fotos abaixo retratam a mesma estrutura geológica localizada nesse parque. A foto da esquerda permite uma boa visualização da presença do arco. Já a foto da direita, auxilia para estimar a altura de tal estrutura, já que há duas pessoas presentes embaixo do arco.

  

 

                 

Fotografia de Henrique Lindenberg Neto, 2002

 

         

 

                                                

          Fotografia de Henrique Lindenberg Neto, 2002

 

 

  

       

 

     Ao lado, também localizado no Parque Nacional de Sete Cidades, mostra-se a foto de um arco natural, cuja estrutura forma, de maneira curiosa, um  vazio com um formato semelhante ao mapa do Brasil.

      Vale dizer que, nesse tipo de sistema estrutural (arco), a estrutura é submetida unicamente a esforços de compressão, o que torna esse sistema muito apropriado para materiais não resistentes ou pouco resistentes à tração.

 

 

 

    

        

Vasconcelos, A.C., Estruturas da Natureza - Um estudo da interface entre Biologia e Engenharia, Studio Nobel, 2000, p. 23

 

   Aos interessados em ter maiores informações sobre arcos de pedra, recomenda-se acessar o site http://www.naturalarches.org/

 

Viga de pedra

 

     Logo abaixo, pode-ser ver outra estrutura presente no Parque Nacional de Sete Cidades. A formação rochosa, chamada de " Pedra da Biblioteca", é uma viga de pedra, em que um dos vãos tem mais de 20 m de comprimento.

     Do ponto de vista estrutural, pode-se considerá-la como uma viga biengastada nas extremidades com dois apoios intermediários. A foto da esquerda mostra o comprimento do maior vão, já a foto da direita evidencia a presença dos dois apoios intermediários presentes na estrutura.

 

Fotografia de Henrique Lindenberg Neto, 2002

      

         Fotografia de Henrique Lindenberg Neto, 2002

 

       

      Ao lado, mostra-se o modelo estrutural da viga citada, percebendo-se que a estrutura possui um grau de hiperasticidade igual a 7. 

     

 

            Aos que desejarem ter mais informações sobre estruturas da natureza, recomenda-se o excelente livro Estruturas da Natureza - Um  estudo da interface entre Biologia e Engenharia, de Augusto Carlos de Vasconcelos, que foi editado pela Studio Nobel em 2000.