Engenharia estrutural
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Engenharia Estrutural é o ramo da Engenharia Civil dedicado primariamente ao projeto e cálculo de estruturas. De forma simplificada, é a aplicação da mecânica dos sólidos ao projeto de edifícios, pontes, muros de contenção, barragens, túneis e outras estruturas.
O objetivo do projeto de uma estrutura é permitir que a mesma atenda à sua função primária sem entrar em colapso e sem deformar ou vibrar excessivamente. Dentro destes limites, os quais são precisamente definidos pelas normas técnicas, o engenheiro estrutural almeja o melhor uso dos materiais disponíveis e o menor custo possível de construção e manutenção da estrutura.
Resumidamente, as principais etapas do projeto estrutural são a criação do esquema estrutural, a definição das cargas ou forças que atuam na estrutura, o cálculo dos esforços e deformações, o dimensionamento das peças estruturais, e finalmente o detalhamento do projeto para execução.
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[editar] Elementos estruturais
Os principais tipos de elemento estrutural, de acordo com a geometria e o tipo de esforço suportado, são:
- Barra - elemento linear sujeito a esforços longitudinais
- Viga - elemento linear sujeito a esforços perpendiculares e longitudinais
- Pilar - elemento linear vertical, sujeito principalmente a esforços de compressão
- Laje - elemento planar horizontal, sujeito a esforços perpendiculares a seu plano
Estes elementos são combinados em estruturas, tais como:
- Treliça plana - estrutura plana formada por barras conectadas por rótulas
- Treliça espacial - estrutura tridimensional formada por barras e rótulas
- Viga contínua - estrutura linear formada por várias vigas conectadas nas extremidades
- Pórtico plano - estrutura plana formada por vigas, barras e pilares
- Pórtico espacial - estrutura tridimensional formada por vigas, barras e pilares
O esquema estrutural é uma representação simplificada da estrutura em termos de seus elementos, conexões e apoios. Dentro das restrições do projeto arquitetônico, a definição do esquema estrutural é uma das etapas mais dependentes dos conhecimentos, da experiência e da criatividade do engenheiro estrutural.
Nota: existem diversos termos técnicos de engenharia civil
[editar] Cargas
As cargas (forças) que atuam na estrutura podem ser permanentes, tais como o peso próprio e dos objetos suportados pela estrutura, ou acidentais, como as referentes aos ventos. Para estruturas comuns, as normas técnicas contém recomendações para os cargas a serem consideradas. Com base nestas recomendações, o projetista define diversos casos de carregamento, com o objetivo de estabelecer a condição mais desfavorável de projeto (aquela que produz os maiores esforços).
[editar] Esforços e deformações
Os esforços estruturais (esforço normal, esforço cortante, momento fletor e momento torsor) são medidas estruturais correspondentes às tensões que atuam no material que compõe a estrutura. O esforço normal é a força atuante no sentido da peça, tendendo a tracioná-la ou comprimí-la, calculada a partir da tensão normal na seção. O esforço cortante é a força perpendicular à peça, calculada a partir da tensão cisalhante na mesma. O momento fletor é o momento que tende a flexionar a peça, como resultado de tensões normais de sinais contrários na mesma seção. Finalmente, o momento torsor tende a torcer a peça em torno de seu próprio eixo.
O cálculo dos esforços é feito através da análise estrutural, a qual atualmente é realizada com o auxílio de programas especializado. A análise pode ser estática, considerando cargas constantes no tempo, ou dinâmica, levando em conta as variações das cargas e os modos de vibração da estrutura.
Com a automatização desta etapa do projeto, tradicionalmente a mais demorada, o projetista moderno pode dedicar mais atenção aos pontos mais problemáticos do projeto, além de alterar mais alterar o esquema estrutural e propor diferentes condições de carga, em busca de um melhor projeto final. Uma área importante de pesquisa neste campo é a automatização destas decisões, utilizando por exemplo algoritmos genéticos para refinar o projeto.
Outro resultado da análise estrutural é o cálculo das deformações da estrutura. Exceto pelas estruturas estaticamente determinadas, nas quais os esforços podem ser calculados independentemente, esforços e deformações são calculados simultaneamente.
[editar] Dimensionamento
Conhecidos os esforços em cada elemento estrutural, é necessário dimensionar a peça que irá resistir a estes esforços, ou seja, determinar as suas medidas. Dado o material a ser utilizado (como a madeira, o aço ou o concreto armado) e suas propriedades, os princípios de resistência dos materiais e mecânica dos sólidos são empregados para verificar que a peça é capaz de resistir aos esforços. Por exemplo, pode-se determinar o ponto mais solicitado e obter uma seção capaz de resistir aos esforços neste ponto. Se for economicamente viável, esta seção é empregada para toda a peça. Para elementos mais complexos, pode ser necessário analisar vários pontos e variar a seção empregada, ou mesmo efetuar o dimensionamento da peça como um todo.
Da mesma forma que a análise estrutural, o dimensionamento moderno é realizado com o auxílio do computador. Contudo, o projetista possui bastante liberdade para alterar o dimensionamento visando simplificar a construção (entre outros motivos), por exemplo padronizando as seções sugeridas pelo programa de computador.
[editar] Detalhamento
Para a execução final da estrutura, é necessário que o projetista forneça desenhos detalhados das peças estruturais e suas conexões. Nesta etapa, também são geradas listas de materiais e outras informações essenciais para a construção.
