Arcos

Os arcos são estruturas muito utilizadas nas construções desde os romanos. Elas são úteis para resistir à compressão de forma bem específica:

A carga sobre o arco e o peso da própria estrutura é transferida para baixo e para fora. Assim, no caso da imagem acima, o próprio solo faz o papel de manter a estrutura empurrando para dentro (como mostra a seta). 

O arco é capaz de suportar grandes forças de compressão e a rocha é o material perfeito para ser aplicado, pois é forte na compressão e fraco na tração. Uma das amostras mais ilustrativas são os aquedutos:

Os romanos descobriram como usar os arcos em pontes, aquedutos e construções em geral. Eles foram muito úteis para ajudar a vencer distâncias. Sem esse conhecimento os romanos não seriam capazes de expandir o seu território da maneira como conseguiram formar o grande Império Romano.
Para calcular a força máxima que um arco suporta levamos em consideração duas variantes: a largura da abertura do arco e a altura desse arco.

Usando um simulador é possível testar diferentes valores para a altura do arco e descobrir que quanto mais alto o arco menos força de compressão ele suporta. Portanto altura é inversamente proporcional à compressão. 

Mas a largura da abertura do arco quanto maior for, maior a força de compressão suportada. Portanto, a largura do arco é diretamente proporcional à força de compressão suportada.

A pedra ou peça no centro do arco é a última peça a ser posicionada. A peça central quase não suporta nenhum tipo de compressão mas tem um papel importante de distribuir essa carga para baixo (downward) e para fora (outward). Um conjunto de arcos formam uma arcada. 

Muitas civilizações como Grécia, Mesopotâmia, antiga Itália e Pérsia. Utilizavam os arcos em construções subterrâneas e em sistemas de drenagem. Pois dessa forma o próprio solo exerce o papel de reforço natural dessas estruturas.

Compressão

Estruturas como colunas, arcos, abóbodas, domos ajudam a resistir e trabalham diretamente com a força de compressão.

Vamos analisar as colunas, várias características afetam o desempenho da coluna ao suportar cargas. Podemos citar:

- A altura da coluna
- A forma da seção transversal
- O diâmetro, ou a área da seção transversal
- O material

Sendo que a altura da coluna é o fator que mais influencia na capacidade de carga que essa coluna pode suportar.

As principais formas de deformação que as colunas podem sofrer são:

- Flambagem

É a distorção que ocorre preferencialmente em estruturas altas e de seção pequenas. Ocorre um deslocamento lateral (flexão transversal) causada pela força (compressão axial), e a estrutura perde a localização inicial de seu eixo de equilíbrio e pode se desestabilizar.

- Falha causada pela Força de Compressão

O esmagamento causado pela aplicação de forças superiores ao tolerado pela estrutura.

A madeira tem uma capacidade menor de suportar compressão do que o aço.

O que acarreta para os engenheiros a escolha: em utilizar um material mais resistente como o aço, e menos quantidade de material, por um preço mais elevado. Ou usar a madeira e ter de aumentar o diâmetro da seção para conseguir suportar a mesma carga.

Para calcular a Carga Crítica que a coluna em questão pode suportar podemos utilizar a equação de Euler:

Onde: Pcr é a carga crítica.

           E é o módulo de elasticidade do material (dado tabelado)

           I é o momento de inércia ( que depende da forma de sua seção)

           L comprimento de flambagem

O concreto que fecha as próprias fissuras

Podem surgir fendas e fissuras no concreto gerados pelo peso ou por variações de temperatura. As fissuras por si só muitas das vezes não representam um perigo direto para a estabilidade da estrutura, mas a infiltração de água e sais podem comprometer.

Estudos realizados na União Européia chamado HealCon, onde um grupo de pesquisadores está trabalhando para desenvolver um concreto que fecha as próprias fissuras, isto é auto se cura.

Bactérias como pequenos construtores

Uma certa bactéria produz carbonato de cálcio como produto metabólico. Cientistas encharcaram bolas de argila com esporos dessas bacterias e misturaram tudo com o concreto. Uma vez que a água penetra no concreto as bactérias se tornam ativas e produzem Carbonato de Cálcio um dos principais componentes do concreto. As bactérias podem fechar fissuras de alguns milímetros em poucos dias.

Hydrogels para fechar fissuras

Hydrogel são polímeros que tem a propriedade de absorver umidade. São utilizados em fraldas e etc. Materiais com hydrogel podem expandir 10 a 100 vezes o seu tamanho original. As fissuras que se formam no concreto podem ser tratadas com o hydrogel: ele se expande e impede que a umidade penetre mais a fundo na estrutura, sem aumentar o tamanho da fissura.

Mais força com as resinas epóxi

Resinas epóxi e poliuretano podem ser encapsuladas e misturadas. Quando o concreto é rompido a capsula se quebra e solta a resina que preenche a fissura e endurece. Ela tem uma vantagem pois aumenta a estabilidade estrutural.

Fonte: https://www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160216135628.htm

Preconceito com materiais de Reciclagem da Construção Civil

Existe um preconceito com materiais reutilizados em geral, ainda mais se tratando de engenharia civil. Mas é fato que não podemos usar material reutilizado em estruturas de fundação e peças estruturais. Estudos são feitos e a resistência desses materiais não é a mesma.

Mas a brita utilizada para fazer manutenção em estradas de terra, estacionamentos, pode ser perfeitamente uma brita de material reciclado.

    Fonte: portalresiduossolidos

Ao visitar usinas de reciclagem de materiais o que se vê é uma realidade de uma empresa que recebe material de obras e é paga para isso e depois revende esse material processado e pronto para reutilização. A usina ganha, mas também tem custos como um terreno de grande área para trabalhar com esse material, máquinas para processamento, e o próprio staff. Além de não ter nenhuma ajuda governamental no abatimento de imposto ou facilidade por se tratar de um serviço que ajuda a sociedade. Se tivéssemos mais apoio e conscientização esse tipo de recicladoras teriam mais chance de prosperar.

Fonte: Minasemfoco

Ao mesmo tempo o engenheiro tem de ter cuidado ao empregar esse tipo de material na obra: resíduos que foram expostos à maresia podem conter sais que podem agredir as armações de aço. Os resíduos industriais podem conter compostos contaminantes que foram adquiridos pelos anos de exposição ao processo industrial.

O fato é que o volume de resíduos cresce e sua tendência sempre é aumentar. Tomar medidas que proporcionem a reutilização é uma atitude que é bem vinda e é reconhecida pelos selos de construções verdes como o LEED (Leadership Energy, Environment Design) e que com certeza serão cada vez mais valorizados por nossa sociedade.

Reciclagem de materiais da Construção Civil

Um dos principais geradores de resíduos das grandes cidades é a construção civil. O entulho muitas das vezes são despejados em locais impróprios e criam o ambiente perfeito para a criação de vetores como: insetos, roedores, animais encarados como pragas urbanas.

Existem eco pontos espalhados pela cidade de São Paulo que possibilitam o descarte de 1 metro cúbico de material, assim como descarte de grandes objetos como sofás, móveis e podas de árvores. O serviço é gratuíto mas é preciso transportar até esses locais.

Realizei uma pesquisa em uma recicladora de resíduo da construção civil em Guarulhos se chama Eco X. Ela recebe apenas resíduos de categoria A como: concreto, blocos de fundação, alvenaria de blocos de concreto. Entulho cinza de modo geral. É feita uma triagem com o uso de peneiras e a trituração desses materiais em diferentes gramaturas. Esse material é revendido.

O material reciclado e revendido pelas recicladoras são: areia reciclada, brita reciclada, brita 4, pedrisco reciclado, BGS e os não peneirados a bica corrida.
Essas recicladoras ajudam a diminuir o volume de descarte e ainda ajuda na reutilização o que diminui o extrativismo desses materiais da natureza.

A resolução CONAMA exige que os municípios criem leis para regulamentar o correto destino desse material. A elaboração do Plano Integrado de Gerenciamento de Resíduos da Construção Civil. PIGRCC. Cada gerador de resíduo seja de pequena ou grande escala é o responsável pela armazenagem, transporte e destinação correta. Faça parte dessa responsabilidade social para uma cidade mais limpa!

Ponte estaiada e Ponte Suspensa

Observe a ponte estaiada da cidade de São Paulo:

Agora observe essa ponte suspensa:

Um desenho esquemático poderá auxiliar:

Note que em ambas as pontes os tabuleiros das pistas são suportadas pelos cabos. A diferença entre elas fica na conecção entre os cabos e as torres. 

Na ponte estaiada as ancoragens ocorrem diretamente com as torres e com o tabuleiro das pistas. O que pode variar é o arranjo que os cabos formam, no exemplo temos uma ponte em forma de Harpa, mas temos pontes em que os cabos se conectam com apenas um ponto da torre:

Já as pontes suspensas os cabos principais não são conectados diretamente com as torres. Na maioria dos casos os cabos sobem sobre a torre e então uma série de cabos suspensos são conectados ao cabo principal e ao tabuleiro das pistas. Então todo o conjunto fica submetido à tensão e ela é transferida para estruturas e ancoragens nas extremidades da ponte. 

Como os cabos principais não são conectados com as torres, estas estão apenas em compressão, não possuem forças horizontais atuantes.

Comentários sobre um curso de estrututuras

Para engenheiros de plantão e interessados em conhecer melhor como as estruturas são construídas para suportar diferentes tipos de forças (solicitações). Vou fazer uma série de posts sobre esse tema, eles ajudarão a pensar sobre diferentes tipos de estruturas e a olhar para as construções com um olhar diferente.

Tensão:

Quando uma corda está sendo esticada, ou tem um peso peso em uma de suas extremidades. Ou nos casos observados abaixo:

Podemos notar que uma força está agindo na corda: esticando a corda e alongando, se a corda não tiver a resistência necessária para suportar a tensão pode-se chegar ao rompimento.

Também podemos notar que a corda não suporta forças de compressão, a tensão de tração é a força que a corda e os cabos suportam.

 Tensão é uma força por unidade de área. 

A força aplicada no cabo dividido pela área (seção do cabo ou corda). Dependendo do material temos maior resistência à tensão: cabos de aço tem maior resistência do que cordas de tecido, isto é, suportam mais carga antes de se romperem. 

Sendo assim podemos notar que quanto maior a área da bitola do cabo maior será a sua Carga de Ruptura.

Fonte: http://www.cimafbrasil.com.br/adm/publicacoes/espec_rev250110.pdf

A tabela assima ilustra cabos utilizados para Elevadores de Passageiros. Mas pesquisando catálogos de fornecedores vemos o uso em equipamentos como guincho, bate estacas, poços, teleféricos e a indicação de cabos para cada uso.