Introdução ao estudo de Estruturas

Estudar estruturas é, talvez, o contexto predominante em um curso de engenharia civil. Direta ou indiretamente esses estudos estão presentes em disciplinas cujo o direcionamento é o Cálculo Estrutural, se esse não for tratado como uma disciplina propriamente dita. Em algumas universidades o direcionamento dos conteúdos sobre Estruturas é separado em outras disciplinas, tais como: Isostática, Teoria das Estruturas, Análise Estrutural, Estática das Estruturas e Cálculo Estrutural. Outros aspectos são tratados em outras disciplinas, aspectos esses como os 'comportamentos' dessas estruturas com forças atuantes e deformações, como: Resistências dos Materiais e Mecânica dos Sólidos.
O estudo dessas disciplinas, e consequentemente do conteúdo, deve ser tratado com total atenção e dedicação pois são conteúdos importantes e, em certo ponto, complexos.

CONCEITO DE ESTRUTURA


Segundo a descrição da FEC, Faculdade de Engenharia Civil, da Unicamp, "estrutura é um sistema destinado a proporcionar o equilíbrio de um conjunto de ações, capaz de suportar diversas ações que vierem a solicitá-la durante a sua vida útil sem que essa perca a sua função". Ou seja, uma estrutura deve ser algo projetado para, com o passar do tempo, "aguentar" as forças atuantes em seu corpo sem que essa seja prejudicada e sofra danos que influenciem em  sua integridade.
Em uma abordagem teórica, podemos definir ESTRUTURA como algo que defina um sistema. Seja num contexto filosófico ou científico. No caso da Construção Civil, a estrutura é algo que define um Sistema Construtivo, ou um Sistema Estrutural, e seus fatores preponderantes.

O ESTUDO DAS ESTRUTURAS


Como já dito, o estudo das estruturas em uma universidade se fragmentam em disciplinas normalmente separadas por núcleos. Os pré-requisitos necessários para a compreensão são passados em disciplinas do conteúdo científico dos chamados "ciclo básicos" como Cálculo e Física, essa última abordando conceitos de extrema importância como a Mecânica Clássica. Normalmente, as abordagens em disciplinas como Física, não são inteiramente direcionados a estudos desse gênero, porém dão uma introdução ao assunto e a continuidade depende da dedicação e interesse do aluno e comprometimento da Faculdade.
Os conceitos de estruturas na Engenharia Civil apontam para problemas como ações, solicitações e aspectos de equilíbrio, apresentado às vezes como Equilíbrio Estático. Conceitualmente falando, os termos apresentados podem ser entendidos como:

- Ações: Ação é toda a influência exercida sobre determinado corpo. É capaz de induzir/produzir um estado, modificar esse estado, ou manter o estado. Pode, por exemplo, produzir um estado de tensão. Pode ser o caso de mais de uma ação atuar em um corpo, isso é chamado de Carregamento, e é usado para determinar os esforços solicitantes no sistema estrutural.

- Solicitações: É todo esforço, ou conjunto de esforços, que exerce sobre as estruturas 'graças" às ações. As solicitações provocam dois tipos distintos de tensões nas estruturas: a Tração ou Compressão, chamadas de Tensões Normais, ou a Tensão de Cisalhamento.


- Equilíbrio: Tratado como "equilíbrio estático", pode ser definido como uma relação entre a ação das grandezas internas e externas, usando sempre o valor modular. Nesse contexto, a soma das deformações, ocasionadas pelas ações, gera seu deslocamento ativo e reativo. Para o compreendimento dessa definição, deve-se ter em pleno conhecimento os conceitos de forças e de ações em planos, ocasionalmente coplanares. 


CLASSIFICAÇÕES DAS ESTRUTURAS


As estruturas são classificadas, na engenharia civil, como Isostáticas, Hiperestáticas e Hipostáticas. Temos, por definição, que:


Estruturas Hipostáticas não são estruturas estáveis, não possuindo um equilíbrio estático, ocasionando assim um movimento não restringido, o grau de liberdade.

Não são estáveis pois apresentam reações de apoio inferiores ao número de equações de equilíbrio estático.

Estruturas Isostáticas não têm qualquer movimento, pois os números de reações são necessários para impedi-los. Para impedir esses movimentos, as estruturas isostáticas podem ter reações iguais ao número de equações de equilíbrio estático ou com um número de reações superiores às equações de equilíbrio estático(nesse caso necessitando de equações adicionais de equilíbrios, com número igual ao excesso de incógnitas relativamente ao número de equações de equilíbrio).

Estruturas Hiperestáticas essas estruturas tem um número de reações superior necessário para impedir qualquer movimento. Sendo assim, mesmo com a retirada de determinadas reações a estrutura permanece estável. O grau de hiperestaticidade é igual ao número de ligações que podem ser suprimidas de forma que a estrutura se torne isostática. Ou seja, uma estrutura isostática tem, à partir dessa relação, um grau de hiperestaticidade igual a zero. As estruturas Hiperestáticas não são calculadas somente com as equações de equilíbrio da Estática.

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O estudo e compreensão das estruturas é de suma importância para o desenvolvimento acadêmico do aluno, sempre partindo do princípio científico lógico abordado em disciplinas que envolvem os fenômenos e ações, métodos de cálculo e raciocínios complexos. Por ser uma tema muito abrangente, na maioria dos casos, as universidades separam o estudo e apresentação dos conceitas da estrutura em determinadas disciplinas, tais quais foram apresentadas neste post. A fragmentação desse conteúdo é contextualizada nas diversas representações da matéria. Deve-se notar a co-relação entre elas e a dependência que uma apresenta com a outra, concluindo assim que o esforço e a determinação do aluno, para com a compreensão do estudo, deve ser radical e direcionada.

Para melhor entendimento dos acadêmicos indicamos, sendo clichê ou não, os livros dos populares Soriano e Sussekind que abordam os temas relacionados às estruturas. Esses conteúdos podem ser encontrados em livros como "Estática das Estruturas", do Humberto Lima Soriano, e "Um curso de Análise Estrutural", do José Carlos Sussekind, dentre outras bibliografias. A escolha do material de apoio deve ser de acordo com a sua necessidade e seu grau de 'interação' com o livro.

Para exercitar seu conhecimento sobre o assunto recomendamos o seguinte link: 

http://civil.fe.up.pt/pub/apoio/ano1/mec1/aulas_praticas/elementos_apoio/Estruturas_Hipo_Iso_Hiper.pdf

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NOTA: Não despreza os conteúdos científicos básicos apresentados nos primeiros períodos do curso, pois eles serão de extrema importância para a compreensão do tema, desde aplicação até teoria. Disciplinas como Cálculo, Física, Geometria Analítica e Álgebra Linear servem como base para conteúdos mais complexos e de entendimento mais difícil. 

Construções Sustentáveis.

  Em complemento ao post de sustentabilidade na construção civil (VEJA AQUI), apresentaremos agora algumas construções que se destacam pelo seu papel em relação ao meio ambiente. A tecnologia dos prédios verdes, que são prédios que aproveitam melhor a água e energia, através de materiais ecológicos,  torna-se uma tendência arquitetônica. Esse mercado tem movimentado muito o setor da e você poderá conhecer melhor, através de exemplos, os processos da construção de uma edificação com essa finalidade ecológica. Veja agora algumas construções. Créditos ao site How Stuff Works.

Casa Z6

   A casa Z6 em Santa Mônica, Califórnia, recebeu esse nome devido à filosofia por trás da construção. Especificamente, ele se refere ao objetivo de alcançar níveis zero em seis fatores: desperdício, energia, água, carbono, emissões e ignorância. Essa filosofia fez com que os proprietários e arquitetos usassem todos os métodos de construção de prédios verdes possíveis para construir uma casa sustentável e habitável. Os construtores conseguiram produzir apenas uma fração (um décimo) do resíduo que geralmente é produzido em uma construção residencial. Como eles fizeram isso? Eles construíram partes separadas da casa em uma fábrica e depois juntaram essas partes no local determinado (o que levou apenas 13 horas). Esse método não só é eficiente, como permite que os proprietários desmontem a casa e a levem para um novo local, caso queiram. Além disso, as paredes móveis em todos os quartos permitem que os habitantes adaptem os locais às suas necessidades. 

Casa Z6 em construção.

  Os construtores da Casa Z6 incorporaram um conjunto de painéis solares na tentativa de oferecer de 60 a 70% do consumo de energia da casa. Os proprietários também escolheram aparelhos que consomem menos energia. Usar um aquecedor solar de água, que absorve o calor para aquecer a água, também reduz de maneira significativa o consumo de energia. Esse aquecedor também contribui com o aquecimento da casa porque aciona o sistema de aquecimento por piso radiante. O revestimento especial da casa também permite que o sol do inverno aqueça o local de maneira efetiva. Durante o verão, a ventilação na estrutura permite a entrada de ar para resfriar a casa. Os arquitetos também se certificaram de que as sacadas ofereciam sombras significativas para os dias quentes.
Na tentativa de economizar água, os arquitetos incorporaram vários métodos diferentes de construção de prédios verdes. Por exemplo, um telhado verde com sedum e outras plantas reduz o escoamento. Além desses recursos, torneiras e chuveiros com baixa vazão de água contribuem para reduzir a quantidade de água utilizada. Os proprietários fizeram questão de escolher materiais feitos com produtos recicláveis para itens como azulejos, balcões e até mesmo para a estrutura de aço. Eles também escolheram cortiça para os pisos. Os especialistas em prédios verdes recomendaram cortiça como um material prático e sustentável porque é obtida sem a necessidade de se cortar a árvore em que ela cresce.Assim como na maioria dos prédios sustentáveis, os arquitetos esperam que os recursos para economizar energia permitam uma economia em contas de energia que ao longo tempo compensará o investimento inicial. Nesse caso, esse retorno financeiro deve levar de 8 a 10 anos.

Casa fator 10
Assim como a casa Z6, a casa fator 10 de Chicago recebeu seu nome devido à sua filosofia. Eles afirmam que a estrutura consome um décimo dos recursos ambientais de uma casa comum (em outras palavras, ela minimiza a pegada ecológica por um "fator de 10"). Na tentativa de encontrar métodos acessíveis para a construção de prédios verdes, o Department of Environment and Housing de Chicago (Departamento de Meio Ambiente e Habitação) realizou uma competição para projetistas, e a fator 10 ficou entre as ganhadoras.
A casa Fator 10 incorpora dezenas de técnicas criativas para a construção de prédios verdes, sendo que uma delas é a chaminé solar, que aquece e resfria a casa por meio de ventiladores. Além de recursos para manter a temperatura, a chaminé solar, que utiliza a luz do sol das janelas para o aquecimento, também oferece luz para a casa, reduzindo a dependência em combustíveis fósseis e eletricidade.
Além de aparelhos e utensílios com baixo consumo que reduzem o uso de energia e da água, a casa usa um telhado verde com plantas sedum. Esse telhado reduz de maneira significativa o escoamento de água e produz o resfriamento evaporativo. Os arquitetos também direcionaram a localização das janelas para que poucas delas ficassem em direção ao norte e ao sul, reduzindo a perda de calor durante o inverno.

Talvez um dos aspectos mais interessantes da casa seja a parede feita de garrafa de água.O material não só foi reciclado, mas a parede também serve como um dissipador do calor que absorve durante o dia inteiro, liberando-o pela casa durante a noite fria. O isolamento da casa foi produzido com papel reciclado e o concreto usado para a base inclui cinzas volantes (uma substância produzida durante a queima do carvão). Até mesmo o carpete é feito de materiais recicláveis, mais especificamente, materiais de garrafas recicladas.

Centro Adam Joseph Lewis

   A Universidade de Oberlin gosta de praticar o que prega. Para refletir o que seus alunos aprendem, a administração da universidade focou a construção do prédio de estudos ambientais na redução do impacto ambiental. Localizado em Oberlin, Ohio, o prédio, construído por meio de doações privadas, implementa várias técnicas de construção de prédios verdes para manter a economia de energia e o conforto dessa grande estrutura.

Por exemplo, para minimizar o consumo de água, o Centro Lewis utiliza um sistema de tratamento de água chamado "A Máquina Viva". O sistema recebe a água de esgoto e a máquina trata e purifica a água para que ela possa ser reutilizada nos vasos sanitários.
O sistema fotovoltáico no telhado do prédio também funciona para reduzir o impacto ambiental. Através da luz solar, esse sistema fornece uma quantidade significativa de energia para o prédio, o que diminui o uso das usinas de energia a carvão. Quando esse sistema produz mais energia do que o prédio precisa, a empresa de energia local compra a eletricidade excedente. Sensores que detectam a luz solar e o movimento regulam as luzes, para evitar o desperdício.
Assim como acontece na casa fator 10, janelas posicionadas de maneira apropriada ajudam o prédio a aproveitar bastante a luz do dia. Os poços geotérmicos também ajudam a aquecer e a resfriar o prédio.



- Esses tipos de construções, além de evitar grandes impactos no meio ambiente, surgem como uma nova vertente, mas não como algo momentâneo, e sim como uma opção para que nossas futuras gerações possam usufruir dos bens naturais, cada vez mais degradados.

WinPLOT: Auxilio matemático digital.

Ao ingressarmos no curso superior vimos que para aprender nós temos mais artifícios do que imaginamos no ensino médio. No ramo da construção civil temos o famoso AutoCAD, o software da AutoDesk para desenho auxiliado por computador, mas temos muitos outros que podem nos auxiliar ainda na fase acadêmica. Um deles é o WinPLOT, software matemático que auxilia em disciplinas como geometria analítica e cálculo. Isso sem contar as demais disciplinas que usam essas como base.

Sobre o WinPLOT

O WinPLOT é um aplicativo simples, didático, intuitivo e gratuito que auxilia em diversos cálculos matemáticos. Nos primórdios se chamava somente PLOT, era escrito em C(linguagem de programação) e rodava no DOS. Passou a se chamar WinPLOT após o lançamento do Windows 3.1. Em uma nova versão, também para windows, o programa passou a ser escrito em C++. O WinPLOT foi desenvolvido pelo professor Richard Parris, da Philips Exeter Academy. Alguns fatores que evidenciam que o winplot é um aplicativo bastante interessante é que ele pode ser manuseado por qualquer um, independente do conhecimento de informática da pessoa, pois possui menus bem didáticos e aceita funções matemáticas de modo simples e natural. Um fato muito importante é que, apesar de a interface do programa estar em português, as notações matemáticas devem seguir as normas e padrões do inglês para escrever uma função. Por exemplo: para escrever uma função com raíz quadrada é necessário escrever ''sqrt(x)''. E para uma função de SENO deve-se escrever "sin(x)", tal como aparece em algumas calculadores científicas, à exemplo as da marca Hp.

Utilidade WinPLOT

O aplicativo trata de maneira simples as mais diversas funções e equações matemáticas. Como já dito anteriormente, ele é um software didático e em seu menu de escolha as opções são bem claras. Ao abrir o menu você tem a escolha de trabalhar em 2 ou 3 dimensões, e assim escolher qual o tipo da equação: implícitas, explícitas, paramétricas, diferenciais e etc. O aplicativo gera instantâneamente os gráficos e evidência as funções que estão sendo usadas. Pode-se usar mais de uma função, tal como f(x), g(x), h(x) e etc. Ao darmos os valores e as equações, o winplot gera automaticamente os gráficos e as representações, tal como parábolas, hipérboles, retas e etc.

Uma parábola sendo "cortada" por uma reta. Imagem muito comum em disciplinas como Cálculo

 O winplot também desenvolve plano, para tal ele necessita dos valores de u(x,u) e v(x,y). Os planos são muito utlizados em disciplinas como Geometria Analítica, e para tal é necessário trabalhar com 3 dimensões.

Seguindo nesse caminho da Geomatria Analítica, o winPLOT oferece também ao usuário as ferramentas para se resolverem sistemas e problemas lineares, editando as matrizes.

Interação com o usuário

Além de fornecer as ferramentas já ditas o aplicativo ainda proporciona uma divertimento didático. Trata-se de adivinhar as funções das representações já dadas pelo aplicativo em um determinado gráfico. Para isso basta clicar em "adivinhar" que se encontra no atalho "Janela" do aplicativo.

Como mostra a imagem, o menu é bem simples.

Para trabalhar determinadas ferramentas com planos, basta clicar em "mapeador". Outro atalho ainda determina se você usará 2 ou 3 dimensões. Para abrir algo que você tenha utilizado em outro acesso ao aplicativo, basta clicar em "Abrir última". E, sem alterar as configurações iniciais do aplicativo você utilizará as já instruídas, assim clicando em "Usar padrão".

Pode-se trabalhar também com Vetores, tratados no programa como Segmentos. Além disso pode-se utilizar também tanto coordenadas cartesianas como polares.

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Para saber mais sobre o WinPLOT, acesse os seguintes links:

Passo-a-passo explicativo e detalhado das funcionalidades do WinPLOT:

http://www.mat.ufpb.br/sergio/winplot/winplot.html

Tutorial para manuseamento do aplicativo:

http://www.mat.ufba.br/mat042/m-adelmo.pdf

Para download, Clique aqui.

Sustentabilidade na construção civil

  Compreendemos que ser sustentável é estar inserido em um meio, utilizando recursos naturais e mesmo assim, não causando grandes impactos, e de certa forma, ‘‘devolver’’ esses recursos ao planeta. Isso então pode ser direcionado não só a uma pessoa, mas também a uma empresa. Aí que chega o que queremos evidenciar.  Empreendimentos sustentáveis. Onde eles entram na construção?Quais os seus favorecimentos?
   Com o tema Meio Ambiente, cada vez mais evidente nos noticiários, nos diálogos diplomáticos e inseridos até no próprio cotidiano familiar, compreendemos que construir, está ganhando um significado mais ecológico, e isso pode se tornar um diferencial de uma grande empresa. “Para ser sustentável, portanto, qualquer empreendimento humano deve ser ecologicamente correto, economicamente viável, socialmente justo e culturalmente aceito”. Nas palavras do jornalista Jô Santucci, se retira a essência do empreendimento sustentável, em toda sua totalidade. O setor da construção civil, responsável por  grande impacto ambiental, vem cheio de alternativas para minimizar esse quadro. Uma edificação sustentável que de certa forma utiliza reaproveitamento de água, ou  algum método que proporcione conforto térmico, já é um avanço significativo. Mesmo que essas medidas sejam na maioria das vezes de custo elevado, o propósito sustentável estaria sendo conseguido. Investimentos como telhado verde teriam um retorno em longo prazo, mas estar habitando uma construção com essas características, é um diferencial.
  Também percebemos o sistema sustentável na geração de energias limpas. Aproveitar os recursos naturais oferecidos, afim de não agredir o meio ambiente é uma alternativa para o abastecimento parcial de qualquer país. O Brasil por exemplo possui lugares com um bom fluxo de vento e uma forte incidência solar, respectivamente usados na energia eólica e solar. São investimentos caros e em poucos lugares no são visíveis. Mas a contribuição social e a preservação dos recursos naturais é o importante.
  Tecnologicamente falando, as empresas vem buscando cada vez mais as tecnologias que garantam o conforto térmico.  E é um mercado que ao contrario das energias limpas, apresentam um retorno mais rápido. Se gasta mais na obra, mas o custo com manutenção diminui significadamente em grande parte dos serviços.

Sustentabilidade em Cuiabá é possível?

  Algo pequeno pode até ser, e pouco perceptível. Mas um projeto que atinja a população cuiabana qualitativamente e quantitativamente, não.  O estado do Mato Grosso não favorece ao histórico também. Sempre se ouve de madeira sem documentação, desmatamento, e na maioria das vezes, quem  utiliza as variedades de solo aqui, seja para a extração de madeira ou na própria atividade agrícola, nem faz o reflorestamento ou a manutenção.  Em Cuiabá seria um grande desafio, não só pela desorganização considerável da administração atual, mas também pelas questões de infra-estrutura básica que muitos bairros de Cuiabá não tem. Seria um pouco insensato investir em meios sustentáveis aqui onde em muitos bairros não há asfalto, onde não há um sistema de escoamento de água, onde não há uma organização de setor. O bom seria investir em bairros sustentáveis, mas pra quem não possui o trivial é bom parar de utopia.

Sustentabilidade, um dos assuntos mais tratados politicamente hoje, invade cada vez mais os setores industriais até chegar à nossa área. Mas o grande problema não é a construção civil, é a educação de cada um. Não será possível implantar esse sistema na sociedade sem que ela esteja preparada para segui-lo. E isso desde pequeno, ensinar o cidadão a reciclar, economizar energia, água e de como as suas ações afetam diretamente os recursos finitos que o meio ambiente dispõe. Não é só desenvolvendo a tecnologia ou mudando a legislação ambiental que se obterá mudanças, isso deve partir individualmente para que assim a construção sustentável apresente resultados consideráveis. Reeducar para preservar.