A
Catedral Metropolitana de Brasilia
e os palacios da
capital federal
, projetados pelo engenheiro
Joaquim Cardozo
, sao as principais conquistas da engenharia estrutural brasileira.
Engenharia estrutural
e o ramo da
engenharia civil
,
engenharia mecanica
,
engenharia naval
,
engenharia aeronautica
, ou qualquer outra engenharia que utilize
calculo estrutural
, seja de estruturas estaticas ou dinamicas (estrutura offshore, por exemplo), dedicado primariamente ao projeto e calculo de estruturas. De forma simplificada, e a aplicacao da
mecanica dos solidos
ao projeto de
edificios
,
pontes
, muros de contencao,
barragens
, tuneis, plataformas de petroleo, navios, avioes, automoveis e outras estruturas.
O
engenheiro construtor
e treinado para entender, prever e calcular a estabilidade, forca e rigidez das estruturas construidas para
construcoes
[
1
]
e
nao construcoes
, e desenvolvam o design e integrem seu design com o de outros designers e supervisionem a construcao de projetos no local.
[
2
]
Eles tambem podem estar envolvidos na concepcao de maquinas, equipamentos medicos e veiculos em que a integridade estrutural afeta o funcionamento e a seguranca.
A teoria da engenharia estrutural baseia-se no conhecimento
fisico
e
empirico
das propriedades estruturais de diferentes materiais e geometrias. O projeto de engenharia estrutural usa uma serie de
elemento estrutural
relativamente simples para construir complexo
sistema estrutural
s. Os engenheiros estruturais sao responsaveis por fazer uso criativo e eficiente de fundos, elementos estruturais e materiais para alcancar esses objetivos.
O objetivo do projeto de uma estrutura e permitir que a mesma atenda a sua funcao primaria sem entrar em colapso e sem deformar ou vibrar excessivamente. Dentro destes limites, os quais sao precisamente definidos pelas normas tecnicas, o engenheiro estrutural almeja o melhor uso dos materiais disponiveis e o menor custo possivel de construcao e manutencao da estrutura.
Resumidamente, as principais etapas do projecto estrutural sao a criacao do esquema estrutural, a definicao das cargas ou forcas que actuam na estrutura, o calculo dos esforcos e deformacoes, o dimensionamento das pecas estruturais, e finalmente o detalhamento do projecto para execucao.
Os principais tipos de elemento estrutural, de acordo com a geometria e o tipo de esforco suportado, sao:
- Barra
- elemento linear sujeito a esforcos longitudinais, sejam de traccao ou de
compressao
, segundo o seu sentido. Pode-se considerar que as vigas e os pilares sao
elementos barra
.
- Veio de Transmissao
- elemento linear sujeito unicamente a esforcos de torcao.
- Viga
- elemento linear sujeito a esforcos de flexao, esforco transversal e torcao, simultaneamente ou isoladamente.
- Pilar
(ou
Coluna
) - elemento linear usado normalmente para receber os esforcos verticais de uma
edificacao
e transferi-los para outros elementos.
Estes elementos sao combinados em estruturas, tais como:
- Trelica
plana - estrutura plana formada por barras conectadas por rotulas num plano.
- Trelica espacial
- estrutura tridimensional formada por barras e rotulas, tridimensionalmente.
- Viga continua
- estrutura linear formada por varios tramos de vigas apoiadas.
- Portico
plano - estrutura plana formada por barras (vigas, pilares)
- Portico espacial
- estrutura tridimensional formada por barras (vigas, pilares)
- Laje - Elemento plano, discreterizado numericamente por elementos barra, formando uma grelha.
- Casca - Elemento em forma de semi-esfera (ou elipsoidal). E tambem discreterizado por elementos barra.
O esquema estrutural e uma representacao simplificada da estrutura em termos de seus elementos, conexoes e apoios. Dentro das restricoes do
projeto arquitetonico
, a definicao do esquema estrutural e uma das etapas mais dependentes dos conhecimentos, da experiencia e da criatividade do engenheiro estrutural.
Os elementos estruturais, quanto ao seu grau de hiperestaticidade, podem ser classificados como
estruturas isostaticas
,
estruturas hiperestaticas
ou
estruturas hipostaticas
.
Nota: existem diversos
termos tecnicos de engenharia civil
As cargas (
forcas
) que atuam na estrutura podem ser permanentes, tais como o
peso
proprio e dos objetos permanentemente suportados pela estrutura, variaveis, como o vento, a neve ou o peso de ocupantes, se for previsivel a sua ocorrencia, mas variarem significativamente no tempo, ou acidentais, como incendios ou explosoes. As accoes devidas ao sismo podem ser consideradas acidentais ou definir uma classe propria (accoes sismicas). Para estruturas comuns, as
normas tecnicas
contem recomendacoes para os cargas a serem consideradas. Com base nestas recomendacoes, o projectista define diversos casos de carregamento, com o objetivo de estabelecer a condicao mais desfavoravel de projeto (aquela que produz os maiores esforcos).
Os esforcos estruturais (
esforco normal
,
esforco cortante
,
momento flector
e
momento de torcao
) sao medidas estruturais correspondentes as tensoes que atuam no material que compoe a estrutura.
O esforco normal e a forca atuante no sentido da peca, tendendo a traciona-la ou comprimi-la, calculada a partir da tensao normal na secao.
O esforco cortante e a forca perpendicular a peca, calculada a partir da tensao cisalhante na mesma.
O momento fletor e o momento que tende a flexionar a peca, como resultado de tensoes normais de sinais contrarios na mesma secao (compressao e tracao). Finalmente, o momento torsor tende a torcer a peca em torno de seu proprio eixo.
O calculo dos esforcos e feito atraves da
analise estrutural
, a qual atualmente e realizada com o auxilio de programas especializado. A analise pode ser estatica, considerando cargas constantes no tempo, ou dinamica, levando em conta as variacoes das cargas e os modos de vibracao da estrutura.
Com a automatizacao desta etapa do projeto, tradicionalmente a mais demorada, o projetista moderno pode dedicar mais atencao aos pontos mais problematicos do projeto, alem de alterar o esquema estrutural e propor diferentes condicoes de carga, em busca de um melhor projeto final. Uma area importante de pesquisa neste campo e a automatizacao destas decisoes, utilizando por exemplo algoritmos geneticos para refinar o projeto.
Outro resultado da analise estrutural e o calculo das deformacoes da estrutura. Exceto pelas estruturas estaticamente determinadas, nas quais os esforcos podem ser calculados independentemente, esforcos e deformacoes sao calculados simultaneamente.
Conhecidos os esforcos em cada elemento estrutural, e necessario dimensionar a peca que ira resistir a estes esforcos, ou seja, determinar as suas medidas. Dado o material a ser utilizado (como a
madeira
, o
aco
ou o
concreto armado
) e suas propriedades, os principios de
resistencia dos materiais
e mecanica dos solidos sao empregados para verificar que a peca e capaz de resistir aos esforcos. Por exemplo, pode-se determinar o ponto mais solicitado e obter uma seccao capaz de resistir aos esforcos neste ponto. Se for economicamente viavel, esta secao e empregada para toda a peca. Para elementos mais complexos, pode ser necessario analisar varios pontos e variar a secao empregada, ou mesmo efetuar o dimensionamento da peca como um todo.
Da mesma forma que a analise estrutural, o dimensionamento moderno e realizado com o auxilio do computador. Contudo, o projetista possui bastante liberdade para alterar o dimensionamento visando simplificar a construcao (entre outros motivos), por exemplo padronizando as secoes sugeridas pelo
programa de computador
.
Para a execucao final da estrutura, e necessario que o projetista forneca
desenhos
detalhados das pecas estruturais e suas conexoes. Nesta etapa, tambem sao geradas listas de materiais e outras informacoes essenciais para a construcao.
Referencias