As estruturas comportam-se da mesma maneira, sejam elas estruturas de engenharia, de objetos, ou da natureza. Assim, os conceitos de mecânica das estruturas utilizados nos cursos de engenharia são também válidos para a compreensão do funcionamento das estruturas da natureza.
Estes são alguns exemplos que ilustram estruturas encontradas na natureza, e como elas se relacionam com os conceitos de mecânica das estruturas.
Estrutura do corpo humano
A estrutura dos animais vertebrados – logo também a do homem – é constituída pelos ossos, músculos e pelos ligamentos e tendões que os unem; os ligamentos unem os ossos uns aos outros, e os tendões unem os músculos aos ossos. Todos sabem que o esqueleto sozinho não conseguiria ficar em pé, assim como os músculos sem o esqueleto tomariam um formato disforme e achatado. É este conjunto dos ossos e músculos trabalhando juntos que constitui a estrutura dos animais vertebrados.
O crânio humano, mostrado ao lado, é parte dessa estrutura, sendo constituído por 22 ossos, 8 no crânio propriamente dito, e os demais na face.
Palmeira
Uma palmeira pode ser analisada, do ponto de vista estrutural, como uma viga engastada. E, sob esse aspecto, ela é solicitada por dois esforços básicos: o peso próprio e a ação do vento. O primeiro resulta numa força normal de compressão (na direção vertical), e o segundo gera um momento fletor e uma força cortante, devidos à aplicação de uma força distribuída (na direção horizontal).
Dessa forma, o comportamento estrutural de uma palmeira é o mesmo de um poste de iluminação, uma vez que os esforços nela aplicados são os mesmos que no poste.
A fotografia ao lado é de uma das palmeiras existentes no jardim do edifício de Engenharia Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
A teia de aranha
A teia de uma aranha é uma das mais interessantes estruturas da natureza. Constituída de pura seda, é fabricada no abdômen das aranhas, onde seis glândulas independentes são capazes de produzir a seda. Cada glândula é conectada por um duto às “fiadeiras”, que são pernas vestigiais transformadas existentes na parte traseira do abdômen. Todas as glândulas secretam a seda, que é uma proteína, mas os fios de cada uma diferem quanto à consistência e propósito, devido a outras secreções que cada glândula produz.
Apenas as fêmeas são capazes de fabricar teias grandes, e a maior parte do tempo a aranha fica no centro da teia; por isso, essa região é normalmente construída com fios “secos”. A partir dessa região central partem radialmente outros fios “secos”. A espiral da teia é feita com o fio básico da seda, mas que durante o processo de extrusão recebe uma substância pegajosa secretada pelas glândulas de cola. É essa substância que aprisiona moscas e outro insetos. No entanto, a aranha ao andar pela teia deve tocar apenas os fios “secos”, sob risco de ela mesma ficar presa. Isso só é possível porque a aranha possui, na extremidade de cada perna, pequenas garras e cerdas que lhe permitem agarrar firmemente os fios da teia, e porque a teia nunca é construída na posição vertical; ela é sempre inclinada, e a aranha se movimenta por ela pelo lado de baixo, ou seja, a aranha anda de cabeça para baixo.
Além desses tipos de fios, existem os fios “telegráficos”, que ligam as diversas regiões da teia ao centro; é através deles que a aranha sabe onde está a presa e que tipo de inseto foi capturado, o que é muito importante, pois insetos grandes são capazes de se livrar da cola, e, nesse caso, a aranha pode tornar-se a vítima de sua própria armadilha.
Arcos de pedra
Conhecido como “The Landscape Arch”, a estrutura ao lado é conhecida por ser o maior arco natural do mundo em extensão.
Ele possui 90 metros de vão e 32 metros de altura, além de uma espessura de aproximadamente 3,6 metros na região mais fina.
Por possuir um comprimento muito grande e ser relativamente fino, não se pode afirmar por mais quanto tempo essa estrutura estará estável, já que ela continua a ser erodida pelo vento e pela água.
Em setembro de 1991, uma parte do arco se desprendeu, fazendo com que a espessura da menor seção transversal diminuísse de 5,3 para 3,6 metros.
O “Landscape Arch” fica localizado no Parque Nacional dos Arcos, em Utah, nos Estados Unidos. Tal Parque contém mais de 1500 arcos naturais, sendo que a maioria possui pequena extensão
Conhecida como ” Rainbow Bridge”, a estrutura ao lado é o terceiro maior arco natural do mundo em extensão e a maior ponte de pedra existente, isto é, o arco natural de maior vão que passa sobre um rio.
Tal estrutura possui um vão de 84 metros e uma altura de aproximadamente 80 metros (pode-se perceber, na foto, que a altura do arco é muitas vezes maior que a das pessoas localizadas abaixo dele).
Este arco se localiza no Monumento Nacional Rainbow Bridge, em Utah, Estados Unidos.
As duas fotos abaixo retratam a mesma estrutura geológica localizada nesse parque. A foto da esquerda permite uma boa visualização da presença do arco. Já a foto da direita, auxilia para estimar a altura de tal estrutura, já que há duas pessoas presentes embaixo do arco.
Ao lado, também localizado no Parque Nacional de Sete Cidades, mostra-se a foto de um arco natural, cuja estrutura forma, de maneira curiosa, um vazio com um formato semelhante ao mapa do Brasil.
Vale dizer que, nesse tipo de sistema estrutural (arco), a estrutura é submetida unicamente a esforços de compressão, o que torna esse sistema muito apropriado para materiais não resistentes ou pouco resistentes à tração.
Aos interessados em ter maiores informações sobre arcos de pedra, recomenda-se acessar o site http://www.naturalarches.org/.
Viga de pedra
Logo abaixo, pode-ser ver outra estrutura presente no Parque Nacional de Sete Cidades. A formação rochosa, chamada de ” Pedra da Biblioteca”, é uma viga de pedra, em que um dos vãos tem mais de 20 m de comprimento.
Do ponto de vista estrutural, pode-se considerá-la como uma viga biengastada nas extremidades com dois apoios intermediários. A foto da esquerda mostra o comprimento do maior vão, já a foto da direita evidencia a presença dos dois apoios intermediários presentes na estrutura.
Ao lado, mostra-se o modelo estrutural da viga citada, percebendo-se que a estrutura possui um grau de hiperasticidade igual a 7.
Aos que desejarem ter mais informações sobre estruturas da natureza, recomenda-se o excelente livro Estruturas da Natureza – Um estudo da interface entre Biologia e Engenharia, de Augusto Carlos de Vasconcelos, que foi editado pela Studio Nobel em 2000.
fonte: http://www.lmc.ep.usp.br/people/hlinde/estruturas/estnat.htm
