Não, você não precisa de um diploma em engenharia estrutural para vencer na Jenga, mas às vezes parece que sim, não é? Jeffrey Coolidge / Getty Images p Os humanos são engenheiros estruturais nativos. Se você acha isso difícil de acreditar, observe uma criança brincar com um conjunto de blocos de madeira simples. Sem nenhuma instrução externa - e por meio de muitas tentativas e erros enérgicos - ele eventualmente aprenderá que a maneira mais estável de construir para cima é colocar uma viga horizontal em duas colunas verticais.
p A lógica intuitiva da criança é a mesma que inspirou os arquitetos micênicos do século 13 a.C. para construir o famoso Lion Gate com duas colunas de pedra e uma viga ligeiramente arqueada. É o mesmo conhecimento estrutural que disse aos antigos egípcios que se você quiser construir algo alto de pedra, você precisa começar largamente na base. E é o mesmo engenheiro nato em todos nós que diz:"Cara, se você quiser ganhar em Jenga, não deixe um único suporte na parte inferior da torre! "
p Jenga é um dos jogos mais populares do mundo, o terceiro, atrás apenas do Monopólio e do Scrabble, em número de unidades vendidas [fonte:Little]. O objetivo do jogo é simples:você começa com uma pilha de 54 blocos - três blocos de diâmetro, 18 níveis de altura. Cada nível de blocos deve ser perpendicular ao nível abaixo dele. Cada jogador deve remover um bloco próximo à base da torre e colocá-lo no topo usando apenas uma mão de cada vez. Eventualmente, a torre se torna perigosamente instável. Se você é quem finalmente derruba tudo, você perdeu. p Jenga foi inventado por Leslie Scott, um cidadão britânico nascido e criado no Quênia e na Tanzânia. (Jenga significa "construir" em suaíli.) Scott jogou o jogo com sua família na África por anos; ela acabou deixando um emprego na Intel para lançar Jenga em uma feira de brinquedos de 1983, onde se tornou um fenômeno de jogo instantâneo [fonte:Little]. p Parte do charme de Jenga é sua simplicidade; nada além de blocos de madeira e gravidade. Mas mesmo este jogo simples pode nos ensinar muito sobre o mundo mais complexo da engenharia estrutural. Edifícios, Afinal, são vulneráveis às mesmas forças que podem derrubar uma torre Jenga - forças como cargas, tensão, compressão, torção e muito mais. Um solavanco acidental da mesa de jogo é uma versão em escala excelente de um terremoto catastrófico. p Vamos começar nossa exploração da engenharia estrutural de Jenga dando uma olhada nas cargas.
p Então, o que isso nos ensina sobre engenharia estrutural? Ao projetar um edifício, os engenheiros precisam considerar o caminho de carga do topo do edifício à fundação. Cada nível da estrutura precisa suportar as forças aplicadas para baixo a partir dos níveis superiores. Existem três tipos de cargas que ocorrem em uma construção:
Assim como você precisa encontrar a superfície perfeita para jogar Jenga, os engenheiros estruturais precisam considerar as superfícies sobre as quais escolhem construir. Richard Elliott / Getty Images p Cada família tem sua superfície favorita para jogar Jenga. A mesa de jogo frágil está fora de questão porque o menor solavanco de um cotovelo errante fará sua torre cair. A mesa de cozinha robusta é uma escolha sólida, porque não balança tão facilmente quanto a mesa de cartas, mas nada bate um bom piso de madeira. Você não pode bater de lado, é bem plano e a única ameaça à estabilidade são ocasionais bebês ou animais de estimação engatinhando.
p Os engenheiros estruturais também devem considerar a superfície sobre a qual estão construindo sua estrutura. Se você colocar um prédio de 15 andares em solo solto, a estrutura pode se acomodar de forma desigual, causando rachaduras nas paredes ou até mesmo desabamento. Mesmo que um edifício seja construído sobre rocha sólida, um terremoto pode empurrá-lo para o lado, fazendo-o deslizar alguns metros pela rua, esmagando qualquer coisa em seu caminho. É por isso que todos os edifícios modernos, pequenos e altos igualmente, são construídos sobre alicerces.
p Uma fundação serve a alguns propósitos importantes. Em primeiro lugar, ele transfere a carga da estrutura para o solo. (Falamos sobre cargas na última página.) Quanto mais alto e pesado um edifício, quanto mais carga é dirigida para baixo. Se a construção fica plana na superfície, então, os elementos mais baixos da estrutura teriam de suportar a carga combinada de tudo o que está acima deles. Mas com uma base devidamente projetada, a carga de toda a estrutura passa pelos elementos mais baixos e é dispersa na terra abaixo. p As fundações também servem para ancorar fisicamente a estrutura ao solo. Este é um papel crucial em edifícios muito altos. Imagine tentar equilibrar uma vara de jarda em uma extremidade. Você pode conseguir retirá-lo em uma superfície extremamente plana, mas mesmo uma expiração o derrubaria. Mas o que acontece se você pegar o galho do quintal e enfiar uma das pontas no chão alguns centímetros? Agora você pode tocar nele, ou mesmo chutá-lo, e não vai tombar. Uma fundação enterra uma parte do edifício no solo, dando maior estabilidade contra mudanças dinâmicas de carga. p Para edifícios altos construídos em solos soltos ou areia, engenheiros cravam estacas de aço profundamente na terra até que atinjam o leito rochoso. Em seguida, eles constroem uma fundação de concreto armado ao redor das estacas de aço para criar uma âncora firme sobre a qual construir. p A seguir, veremos o que os blocos de madeira Jenga podem nos ensinar sobre materiais de construção.
p Agora vamos pensar em uma estrutura típica em Jenga. Se você remover a peça central em uma fileira, em seguida, você cria duas estruturas simples de viga e coluna em cada lado da torre. Uma viga colocada em duas colunas experimenta compressão e tensão ao mesmo tempo. O peso que carrega para baixo na parte superior da viga a comprime para dentro em direção ao centro da viga. E mesmo que você não possa ver a olho nu, a parte inferior da viga está sendo esticada para fora. p Imagine se a viga fosse de borracha. O peso o esticaria em forma de "U". É por isso que a borracha é um material de construção tão ruim. Os engenheiros estruturais escolhem (e às vezes projetam) materiais com as melhores características de compressão e tensão para o trabalho. Stone é excelente sob compressão, mas incrivelmente fácil de separar. É por isso que um arco de pedra dura muito mais do que uma viga de pedra. O concreto armado é um material de construção ideal, porque o concreto lhe confere resistência à compressão e as barras de aço embutidas lhe conferem resistência à tração. p As torres Jenga não ficam altas ou pesadas o suficiente para aplicar compressão ou tensão séria nas peças de madeira, portanto, há muito pouca preocupação em dividir um feixe. Mas em projetos de construção reais, os engenheiros precisam considerar cuidadosamente os pontos fortes e fracos de cada elemento. p Agora vamos explicar porque é sempre melhor deixar dois suportes na parte inferior da torre Jenga.
Manter esta torre oscilante de pé envolve muito mais do que mera sorte. Equipe / Getty Images p Jogadores experientes de Jenga sabem que a maneira mais rápida de uma torre em queda é puxando as duas peças externas da linha inferior, deixando toda a estrutura equilibrada em um único bloco de madeira estreito. Com apenas um suporte na parte inferior, cada solavanco e empurrão da torre é ampliado, fazendo com que balançar precariamente de um lado para o outro. Mas quais são exatamente as forças que atuam sobre uma estrutura com um suporte tão estreito? E o que os torna tão perigosos?
p Os engenheiros estruturais não falam sobre como manter um edifício "equilibrado". Eles falam sobre manter equilíbrio rotacional . Imagine um edifício alto como um longo braço de alavanca com a maior parte do braço acima do solo e uma seção menor (a fundação) abaixo do solo. O ponto onde o edifício encontra o solo é o ponto de apoio da alavanca. Agora imagine o edifício inclinando-se ligeiramente para a direita ou para a esquerda. Em vez de apenas cair, você pode pensar nisso como uma rotação em torno do fulcro. Engenheiros e físicos têm dois nomes para essa força rotacional:o momento ou torque .
p Um princípio básico da engenharia estrutural é que quanto mais longo for o braço de alavanca (ou mais longe do ponto de apoio), quanto maior o momento. Para diminuir o momento de um edifício muito alto, você precisa construir amplos suportes. Quanto mais largos os suportes, quanto menor o momento. Para entender isso, tente ficar em pé com os pés bem afastados e peça a um amigo que tente empurrá-lo para o lado. Requer muita força. Junte os calcanhares e tente a mesma coisa. Seu amigo mal precisa tocar em você e você tomba. Uma estrutura com uma base ampla e agradável é inerentemente mais estável do que um edifício com uma base estreita. p Para a última lição de engenharia estrutural aprendida com Jenga, vamos falar sobre terremotos.
p Essas vibrações laterais são experimentadas de maneira diferente em diferentes distâncias do solo. Quanto mais alto você sobe em um edifício, mais pronunciadas as vibrações. Quando você joga peso na equação, os efeitos podem ser desastrosos. De acordo com o texto seminal, "Por que edifícios caem, "As forças do terremoto aumentam em proporção ao peso da estrutura e ao quadrado de sua altura [fonte:Levy]. p Uma estrutura pesada vibra com uma estrutura muito mais longa período - o tempo que leva para percorrer uma vibração completa - do que um prédio com fundo pesado. Um período mais longo também significa um deslocamento físico maior. Veja o exemplo de um prédio de dois andares. Quando ocorre um terremoto, o edifício oscila 2 polegadas (51 milímetros) fora do centro. Quando você adiciona peso ao topo do mesmo prédio (mesmo que seja algo simples como um telhado de telhas pesadas), a oscilação aumenta para 3 polegadas (76 milímetros) fora do centro [fonte:Association of Bay Area Governments]. p Esperamos que você tenha aprendido algumas coisas sobre por que edifícios caem - e o que você pode fazer para finalmente derrotar sua irmã em Jenga. Para mais informações sobre jogos familiares e ciência cotidiana, pule para os links na próxima página.
