segunda-feira, 20 de novembro de 2017

O poder dos computadores na Engenharia

Este poste vai ser muito pequenino. 

E vai servir para avaliar o impacto do poder de cálculo dos computadores na construção de grandes obras.
Assim, vou comparar duas pontes que são totalmente iguais (arco de betão sobre o rio Douro) uma feita por volta de 1960 e outra por volta de 2001.

Ponte da Arrábida.
Construída entre 1957 e 1963 (em média, em 1960).
Desenhada e projectada à "mão" pela equipa do Eng. Edgar Cardoso.
Vence um vão de 270 m e tem uma largura de 26,5 m.
Construída em 6 anos, custou 1,2 milhões de euros o que, a preços de 2017, corresponde a 103,6 milhões de euros.

Fig. 1 - A Ponte da Arrábida tem um arco enorme

Ponte do Infante Dão Henrique.
Vence um vão de 280 m e tem uma largura de 20 m.
Desenhada e projectada em "computador" pela equipa do Eng. Adão da Fonseca.
Construída em 27 meses, custou em 2001 próximo de 14 milhões de euros o que, a preços de 2017, corresponde a 28,2 milhões de euros.

Fig. 2 - A Ponte do Infante tem um arco pequenino

A ponte da Arrábida dava para construir 4 pontes do Infante.
E essa diferença resulta do poder de cálculo dos computadores.
Na Ponte da Arrábida o arco teve que ser forte e massivo na Ponte da Arrábida, feito com cofragens complicadas e caras (que estiveram décadas depositadas na Marginal Porto-Entre os Rios para se poder fazer outra igual) porque a equipa do Eng. Edgar Cardoso só pode dividir a ponte em meia dúzia de "peças simples" que calculou à mão.
Na Ponte do Infante o arco pode ser fininho e quase invisível, feito com uma cobragenzinha suspensa no tabuleiro da ponte, muito mais baratas, porque equipa do Eng. Adão da Fonseca pode dividiu a ponte em milhares de elementos finitos, calculados no computador.
O custo da Ponte da Arrábida daria hoje para construir 4 novas pontes.


Convido-vos para, um dia, verem o passado da engenharia na FEP-UP.
Entrando pela porta príncipal do edifício, existe um grande espaço livre (são os Passos Perdidos). Olhem para o tecto para verem como o piso de cima está suportado com vigas massivas, cortadas e em sacada.
São cortadas porque o engenheiro (não sei quem foi) não foi capaz de calcular vigas únicas (cortando-as, simplificou o cálculo). Além disso, meteu 2 pilares que o arquitecto não queria mas que o engenheiro não conseguiu evitar.

Fig. 3 - Viga em sacada e cortada, solução usada para simplificar o cálculo da estrutura 

Se aquilo fosse feito hoje, não haveria esses pilares nem vigas à vista e muito menos "vigas cortadas e em sacada". É que o próprio piso serviria de estrutura de suporte, tudo liso, feito em pré-esforço moldado no local e, traccionado a partir de cima.
Mais elegante e muito mais barato.

Fig. 4 - Podem-se usar tirantes para deixar na entrada do R/C um espaço livre de pilares. Os tirantes podem ficar à vista ou serem escondidos em elementos de arquitectura.

Fig.5 - Os tirantes são feios? Olhe o Ninho do Pássaro!

Fig. 6 - E o que acha deste edifício?
Uma faculdade não seria uma oportunidade para fazer algo avant gard?
Já está convencido que estamos rodeados por parolos?

Sou um engenheiro enferrujado.
Mas, depois de ler o comentário do Toninho, calculei as forças da estrutura da Fig. 3 e, realmente, para forças verticais não é preciso o tirante exterior (não coloquei o piso 3 nem cargas no piso 2 apenas para não complicar o desenho).
Calculei com "cortes" (que é o que me lembro) e penso que está bem calculado mas já estou um "pouco" enferrujado!

Fig. 7 - Tensões de uma estrutura com R/C desempedido e 2 pilares "no ar"
Azul está em compressão (betão) e verde está em tracção (aço).

Fig. 8 - Assim, já ficaria uma obra nunca antes vista


3 comentários:

Toninho disse...

Caro Prof.

Na figura 3 os tirantes exteriores ao edifício não são necessários porque a força horizontal resultante no ponto de ancoragem Superior do tirante poderia ser suportada pela laje de coberture em compressão (o betão resiste muito bem à compressão). Assim as componentes horintais das forças dos tirantes anular-se-iam mutuamente e as componentes verticais seriam suportadas pelos pilares de fachada.

Abraço

Anónimo disse...

Ex.mo Senhor Professor,

para comparar a Ponte da Arrábida com a Ponte Infante D. Henrique, alguns conhecimentos sobre estruturas podem ser mais relevantes do que o custo, que eventualmente nem sequer é conhecido com rigor ao longo do tempo, e que deve ser relativo ao benefício.

Os cálculos em computador servem para confirmar ou rejeitar as hipóteses do engenheiro que concebe a estrutura.

A Ponte da Arrábida é uma obra prima pelo menos para mim.

Económico-Financeiro disse...

Estimado Anónimo,

O que pretendo mostrar é apenas que, apesar de a Inteligência Artificial nunca se poder comparar com a Inteligência Humana, os computadores diminuíram enormemente os custos das obras de engenharia de que a Ponte da Arrábida e a Ponte do Infante são apenas um exemplo.

Outro exemplo, é comparar o motor do meu carrinho (que tem uma potência de 69 cv e gasta 4,3 litros/100km) com um carro da mesma gama dos anos 1960 (um carocha com 40 cv gasta sempre mais de 10 litros/100km).

Os próprios computadores (que são calculados com a ajuda de outros computadores) tiveram em 25 anos uma multiplicação de 1000 na relação preço/potência.

Finalmente, na investigação científica, faz-se hoje em minutos uma pesquisa bibliográfica que identifica todos os trabalhos relevantes num determinado tema e que, há 30 anos, eram precisos meses na biblioteca.

E isto tudo com a ajuda da Inteligência Artificial a ajudar a Inteligência Humana.

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