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.