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Um pesquisador da Universidade de Aston virou uma das regras básicas de construção de cabeça para baixo.
Durante séculos, uma corrente suspensa foi usada como exemplo para explicar como os arcos de alvenaria se sustentam.
Os engenheiros estruturais estão familiarizados com a teoria do cientista do século XVII, Robert Hooke, de que uma corrente suspensa espelhará a forma de um arco rígido vertical.
No entanto, pesquisas da Faculdade de Engenharia e Ciências Físicas da Universidade de Aston mostram que essa crença comum é incorreta porque, independentemente das semelhanças, a corrente suspensa e o arco são dois sistemas mecânicos incompatíveis.
O Dr. Haris Alexakis usou a transição na ciência da mecânica newtoniana para a mecânica lagrangiana, que levou ao desenvolvimento da física e da matemática modernas, para provar isso com rigor matemático.
Em seu papel Análise vetorial e a energia potencial estacionária para avaliar o equilíbrio
de estruturas de alvenaria curva ele revisita o equilíbrio da corrente suspensa e do arco, explicando que os dois sistemas operam em estruturas espaciais diferentes. Uma consequência disso é que a corrente suspensa requer apenas força translacional para estar em equilíbrio, enquanto o arco invertido precisa tanto de translação quanto rotacional. Como resultado, as soluções são sempre diferentes.
A análise do Dr. Alexakis revelou inconsistências sutis na forma como a analogia de Hooke foi interpretada e aplicada ao longo dos séculos para o projeto e avaliação de segurança de arcos e destaca suas limitações práticas.
Ele disse: “A analogia entre correntes suspensas invertidas e a forma ideal de arcos de alvenaria é um conceito profundamente enraizado em nossas práticas de análise estrutural.
“As estruturas curvas permitiram que pedreiros, engenheiros e arquitetos carregassem cargas pesadas e cobrissem grandes vãos com o uso de materiais de baixa resistência à tração durante séculos, enquanto criavam as maravilhas do patrimônio arquitetônico mundial.
“Apesar da longa história dessas práticas, encontrar formas estruturais ideais e avaliar a estabilidade e segurança de estruturas curvas permanece tão atual como sempre. Isso se deve a um interesse crescente em preservar estruturas patrimoniais e reduzir o uso de materiais na construção, ao substituir concreto com materiais naturais de baixo carbono.”
Seu artigo, publicado na revista Matemática e Mecânica dos Sólidossugere um novo método de análise estrutural baseado no princípio da energia potencial estacionária que seria mais rápido, mais flexível e ajudaria a calcular geometrias mais complexas.
Como resultado, os analistas não precisarão considerar o equilíbrio de cada bloco individual ou descrever geometricamente o caminho de carga das forças de empuxo para obter uma solução rigorosa.
Alexakis acrescentou: “As ferramentas de análise discutidas no artigo nos permitirão avaliar a condição e a segurança das estruturas do patrimônio e construir estruturas curvas mais sustentáveis, como abóbadas e conchas.
“A grande vantagem dessas estruturas, além de ter uma estética atraente, é que elas podem ter volume reduzido e podem ser feitas de materiais naturais econômicos, de baixa resistência à tração e baixo teor de carbono, contribuindo para a construção líquida zero”.
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