Inovação da idéia ao produto

Conteúdo

1. INTRODUÇÃO

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2. CLIPES DE PAPEL 3. LÁPIS

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4. ZÍPERES E VELCROS

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5. LATAS DE ALUMÍNIO

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6. APARELHOS DE FAX

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7. AERONAVES

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8. ÁGUA E SANEAMENTO 9. PONTES

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10. GRANDES EDIFÍCIOS REFERÊNCIAS

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CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES ÍNDICE REMISSIVO

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1 Introdução

Os produtos de engenharia estão por toda parte. O computador em que estas palavras foram escritas é um exemplo óbvio, assim como o arcondicionado que nos mantém (e nossos computadores) confortáveis, apesar do calor e da umidade do lado externo do prédio – que também é um produto de engenharia.

Quando viajamos fisicamente, em geral dirigimos um carro em ruas e avenidas com túneis e pontes, e quando viajamos mentalmente, usamos telefones, vídeos, fax e computadores em rede. Tudo isso é produto do projeto de engenharia, fabricação e construção. De fato, o mundo das experiências diárias beneficia-se das práticas de engenharia e tecnologia e o mundo, por sua vez, molda tais atividades a certo contexto. Mas o que é engenharia, quais são suas origens e como os engenheiros a praticam?

Qual é a tecnologia, quais são as raízes e como isso se relaciona com o resto das demais atividades? Este livro explora tais questões.

O processo evolutivo de um computador, desde o conceito inicial do inventor até a chegada do produto em nossa mesa, ou da materialização de uma ponte monumental, desde o sonho de um engenheiro até uma estrutura espetacular, raramente é um processo direto. Pode exigir anos de pesquisa e desenvolvimento penosos e lentos, seguido de semanas de imensas atividades. Além disso, cada projeto de engenharia é influenciado pela idiossincrasia de cada engenheiro, empresa, comunidade e mercado.

E existem outras variáveis a serem consideradas: econômicas, políticas, estéticas e éticas. Ademais, cada projeto de engenharia depende fortemente da disponibilidade de matéria-prima. E apesar de a engenharia ser a arte de rearranjar materiais e forças da natureza, essas implacáveis leis da natureza sempre estão impondo condições aos engenheiros, determinando os tipos de rearranjos que podem ser feitos ou não.

Este livro tenta elucidar os diversos aspectos inter-relacionados da engenharia. Porém, em vez de começar com grandes estruturas ou sistemas, resultante de aplicações de matemática e ciência, o livro começa focalizando alguns objetos familiares. Eles podem parecer tão simples que

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Introdução

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pode nos fornecer importantes ensinamentos de como abordar alguns dos maiores desafios atuais e chegar a uma solução satisfatória. As histórias de como os engenheiros abordam seus problemas e tomam decisões têm muito a nos ensinar sobre a própria engenharia.

ESTUDOS DE CASO Os estudos de caso sobre desenvolvimentos de produtos e processos específicos nos permitem entender a engenharia no contexto mais amplo. Embora os casos estudados apresentem diferentes graus de detalhe e complexidade, existem características comuns de engenharia entre eles. Cada caso apresentado aqui poderia ser expandido, convertendo-se em um livro, analisando as alternativas que poderiam ter sido seguidas ou quais melhorias ainda poderiam ser introduzidas.

Isso demonstra que nenhum problema de engenharia é completamente solucionado de maneira satisfatória para todos. Engenharia é a arte do compromisso e sempre cabem melhorias no mundo real. Engenharia é, também, a arte da praticidade.

Engenheiros sabem quando devem finalizar seus projetos para começar a fabricar ou construir.

O clipe de papel, por exemplo, é, aparentemente, tão simples e insignificante como objeto que podemos usá-lo sem sequer percebê-lo. No Capítulo 2, o clipe de papel é submetido a um exame minucioso do ponto de vista tecnológico para tirar lições a respeito de projeto. Na verdade, o projeto e a fabricação de um clipe de papel é um desafio enorme, como o caso revela. O clipe de papel mais conhecido até hoje, chamado de Gem, está longe de ser um produto perfeito. Desde que o Gem foi introduzido no mercado, no final do século XIX, outros inventores patentearam projetos alternativos. Olhando atentamente para o Gem e algumas das centenas de patentes para sua melhoria, verifica-se que um determinado projeto de engenharia, mesmo não sendo o melhor, pode acabar dominando o mercado.

No Capítulo 3, o estudo do lápis ilustra as análises e quantificações que os engenheiros podem fazer dos objetos que funcionam, a fim de aperfeiçoá-los. Todos sabem que a ponta do lápis se quebra se a apertamos com força. Mas qual é a intensidade dessa força? Como usuários de lápis, podemos ser prudentes e apertar bem de leve, de maneira que a ponta nunca se quebre, mas existem circunstâncias em que é necessário apertar mais forte, como quando precisamos preencher formulários de várias vias. Somente após quebrar algumas pontas aprendemos a evitar mais quebras. Podemos usar nossas experiências passadas para saber o limite da pressão que podemos exercer sem quebrar a ponta. Podemos, também, aprender que a ponta tem menos chance de quebrar se usarmos um lápis de melhor qualidade, se usarmos o lápis mais na vertical ou se a ponta estiver menos

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2 Clipes de papel

Um clipe de papel parece ser um dos objetos mais simples. Em sua forma mais comum, consiste em um pedaço de arame de aproximadamente 10 cm, com três dobras, constituindo algo que é, ao mesmo tempo, agradável ao olhar e fácil de usar. Ele vem totalmente montado e não requer o uso de pilhas para funcionar. Ninguém espera encontrar instruções de uso em uma caixa de clipes nem pensa muito em como eles são fabricados ou usados. Consideramos os clipes de papel, assim como muitos produtos de nosso uso pessoal, como objetos comuns, e raramente pensamos neles. Eles parecem ser demasiadamente simples e insignificantes para serem considerados interessantes ou instrutivos. No entanto, às vezes, os objetos mais simples contêm tanto mistério e nos dão tantas lições sobre a natureza da engenharia quanto aqueles mais complexos.

Quando o objeto é simples e pequeno o suficiente para ser segurado em nossas mãos e ainda ser manipulado de acordo com nossas vontades, podemos inspecioná-lo até sabermos como ele é feito e como funciona. Se o objeto for bem barato, todos podem ter uma grande quantidade deles para abrir, quebrar, testar ou experimentar de todas as maneiras para entender como é feito e o modo como funciona. Se o princípio de funcionamento do objeto for relativamente simples e claramente visível, então nós mesmos podemos criar uma versão melhorada do original.

Finalmente, o objeto pode servir como uma incomparável metáfora da própria engenharia. Pegue uma caixinha de clipes e examine-a. Provavelmente a caixa terá o mínimo de informação impressa nela. O nome da empresa que fabrica (talvez ACCO, que parece ser apenas um acrônimo, ou Noesting, que parece ser uma palavra impronunciável e sem sentido); um nome informando o tipo dos clipes (talvez Gem, Gem Perfeito, Nifty, Peerless, Ideal ou qualquer outra designação com um som positivo); a quantidade na caixa (geralmente um número redondo, como 100); um número UPC (Universal Product Code) em código de barras, para vendas e controle de estoques automatizados; o endereço do fabricante (para que o departamento de compras possa saber onde encomendar ou localizar o fornecedor ou reclamar sobre o produto); e, provavelmente, o desenho ou foto do clipe que o faz vender mais que qualquer outra informação escrita na caixa.

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Clipes de papel

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FIGURA 2.5 Continuação.

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3 Lápis

Quem já não se aborreceu com a grafite da lapiseira que se quebra sempre? Isso parece acontecer principalmente com as lapiseiras que usam grafites finas de 0,5 mm. Até parece que a maior parte destas acaba no cesto do lixo, em vez de serem usadas na escrita. A vantagem de não ter que afiná-las acaba anulada pelas freqüentes quebras. Em vez de ficar reclamando dessa inconveniência da vida diária, vamos examinar melhor o que acontece com as pontas dos lápis, para sabermos por que são tão frágeis. Vamos aproveitar o exemplo para mostrar como os engenheiros analisam a resistência e outras propriedades dos materiais.

Se a ponta do lápis for forçada contra uma superfície, ela sofre igual reação dessa superfície. Isso é o que diz a terceira lei de Newton, sobre as forças de ação e reação. Se essa força for maior que a resistência do material, a grafite tenderá a quebrar. Para entender melhor tal fenômeno, podemos examinar a ponta da grafite que se projeta para fora da lapiseira.

VIGAS EM BALANÇO Um lápis pode ser considerado uma estrutura projetada para resistir à carga. Mais especificamente, compara-se a uma viga em balanço, engastada de um lado e solta do outro. O lápis é fixo pelos dedos e sofre as forças de reação na ponta da grafite. Assemelha-se ao funcionamento de outras estruturas como: uma árvore que se curva com o vento; a asa de um avião conectada à fuselagem; e a varanda em balanço de um apartamento.

O corpo metálico ou de plástico das lapiseiras é mais compacto e forte que os pequenos filetes de grafite que se projetam para fora. Podemos imaginar a lapiseira como extensão da mão, de onde sai uma pequena viga em balanço. O ponto em que a grafite sai do corpo da lapiseira pode ser considerado o início da viga. Essa estrutura é semelhante aos exemplos da árvore, asa do avião e varanda. Estudando-se esses exemplos, poderemos entender o funcionamento das vigas em balanço.

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Lápis

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FIGURA 3.2 Teste de carga, mostrando a flexibilidade de uma grafite de polímero.

FIGURA 3.3 Uma viga apoiada nas duas extremidades (abaixo) pode ser considerada como imagem especular de uma viga em balanço (acima).

Galileu imaginou a viga em balanço como um braço que girava em torno do ponto B (ver Figura 3.1). O efeito do peso E pendurado no ponto C produzia a tendência de o braço girar em torno de B. Mas esse movimento encontrava oposição de uma força de coesão da seção AB, como se vê na Figura 3.4(a). Galileu chegou à conclusão de que a capacidade da viga em suportar o peso dependia das dimensões da seção da viga (b x h) e do material de que era feito.

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4 Zíperes e velcros

Uma das tarefas que consumiam muito tempo na vida diária das pessoas no século XIX era a de abotoar e desabotoar roupas e outros artigos, como calçados de cano longo. Com grande número de botões e casas situadas próximas entre si, freqüentemente as pessoas colocavam os botões em casas erradas. Esse erro geralmente só era percebido no final do processo, o que exigia tempo para as aborrecidas correções.

Muitas pessoas já haviam percebido esse incômodo, inclusive Elias Howe Jr., o inventor da máquina de costura. Em vez de ficar reclamando do problema, ele inventou um “certo mecanismo para fechar roupas e calçados femininos e outros artigos onde fosse aplicável”. Conseguiu obter a patente em 1851 (Figura 4.1). Essa patente tem duas páginas, uma de desenho e outra de texto.

A invenção de Howe, assim como muitas outras, baseia-se em fazer melhor aquilo que já existe. Ele declarava que “a vantagem consiste na rapidez para fechar e abrir roupas, sem perigo de enguiçar”. A forma de funcionamento do novo invento é claramente demonstrada no desenho da patente. Contudo, pode-se imaginar certa dificuldade no seu funcionamento. O modelo de Howe era composto de pequenos grampos de metal fixados ao longo de uma fita de tecido. No entanto, essa fixação não era boa e, com o uso repetido, o tecido poderia desfiar-se, soltando os grampos.

Howe, a princípio, não se empenhou muito em industrializar o seu invento. Ele estava mais preocupado em defender os direitos de sua patente com a máquina de costura junto a prósperos fabricantes como Isaac Singer. Além disso, provavelmente considerava insuperáveis os problemas tecnológicos do seu novo invento. Assim, Howe não se interessou em explorar comercialmente o invento do fecho. Como não se transformou em produto de sucesso, ficou só no papel. Alguns historiadores não lhe dão o devido crédito como inventor do zíper, argumentando que não havia dentes conectores que caracterizam o verdadeiro zíper.

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ZĂ­peres e velcros

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FIGURA 4.3 Patente da mĂĄquina para fabricar fechos, concedida em 1902 a Whitcomb L. Judson.

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5 Latas de alumínio

Uma idéia que permeia todos os projetos de engenharia é a possibilidade de falha. Isso pode ocorrer no caso das invenções, desde o mais simples clipe ao melhor lápis, passando pelo mais flexível zíper. Para que essas invenções sejam bem-sucedidas, os seus criadores devem ser capazes de antecipar as eventuais falhas, prevendo as condições em que os produtos deixariam de funcionar como era previsto.

Praticamente todos os cálculos realizados pelos engenheiros no desenvolvimento de computadores, aviões, telescópios ou aparelhos de fax são insuficientes. Ao analisar as vigas em balanço, Galileu começou fazendo suposições sobre como iria quebrar ou falhar (ver Capítulo 3). Hoje, no cálculo de uma ponte em balanço, o engenheiro deve conhecer a carga máxima que cada peça de aço pode suportar com segurança, e qual é a deflexão máxima que pode ser aceita no centro da ponte.

Cada tipo de produto, seja uma ponte, um edifício ou uma lata de alumínio, é calculado para resistir a um determinado limite de carga máxima, que não pode ser ultrapassado. Quando o engenheiro calcula as cargas e deformações da estrutura de um projeto, cada resultado do cálculo numérico adquire significado quando forem comparados com os limites experimentais cuidadosamente determinados em laboratórios de ensaios de materiais e componentes. Em outros casos, esses limites são estabelecidos em leis, regulamentos e normas técnicas. Isso ocorre em relação aos mais diversos tipos de variáveis. Embora a maior parte da nossa discussão até aqui tenha se baseado na análise da força e resistência, forma e função, observações semelhantes podem ser feitas em relação a outras variáveis, como transferência de calor e ponto de fusão dos materiais, ou voltagem e valores limites de correntes em condutores elétricos.

O que distingue o engenheiro do técnico é, em grande parte, a capacidade de formular e executar os cálculos detalhados das forças e deformações, concentrações e fluxos, tensões e correntes. Isso é feito durante a elaboração de um projeto no papel, determinando se as cargas são compatíveis com os critérios de falha.

Os cálculos permitem prever o desempenho de um projeto antes que seja construído e testado. O engenheiro é capaz de testar um projeto na

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Latas de alumínio

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FIGURA 5.3 Desenho da patente da tampa “ecológica” concedida a Daniel F. Cudzik em 1976.

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6 Aparelhos de fax

O desenvolvimento técnico e comercial do zíper exigiu muita engenharia, apoio financeiro e investidores persistentes. Muitos desses investidores passam por dificuldades e incertezas durante o período de gestação, correndo o risco de perder tudo com um eventual fracasso comercial.

Muitas vezes, o sucesso ou fracasso pode ser determinado por condições externas ou de infra-estrutura. Assim, a lâmpada elétrica seria inútil se não fossem feitos investimentos paralelos na geração e distribuição da eletricidade. Apesar disso, Thomas Edison trabalhou na pesquisa do filamento que pudesse produzir luz a baixo custo, quando fosse ligado à rede elétrica: “Testem tudo, até queijo”. Ele testou e rejeitou milhares de materiais até chegar a um material adequado para a lâmpada. Uma vez perguntaram se ele não se desanimaria com os fracassos. Edison respondeu que cada fracasso fornecia informações sobre os materiais que não eram apropriados e deveriam ser evitados.

O automóvel é um produto bem projetado do ponto de vista técnico e de engenharia e design. Contudo, seria pouco útil se não contasse com a malha de vias urbanas e rodovias que atravessam rios e montanhas. Imagine como seria incômodo sair de automóvel se não houvesse uma rede de abastecimento espalhada pelo país. Imagine também como o aparelho de televisão seria inútil sem a rede de emissoras que geram programas.

Esses contextos que se desenvolvem em paralelo aos inventos abrangem sistemas e infra-estruturas que condicionam o uso da tecnologia.

Com o tempo, os produtos e a sua infra-estrutura tornam-se tão interdependentes que um não pode existir sem o outro. Assim, os aviões seriam inúteis sem os aeroportos e ninguém pensaria em construir os aeroportos se os aviões não existissem. Naturalmente, existe um momento adequado na evolução dos aviões para que esses aeroportos sejam construídos. Além disso, os aeroportos tornam-se cada vez maiores e mais sofisticados de acordo com a evolução das próprias aeronaves e aumento do fluxo de passageiros. No tempo dos irmãos Wright, as areias da praia de Kitty Hawk funcionavam como um aeroporto satisfatório.

O que vem primeiro em matéria de desenvolvimento tecnológico é a mesma história do ovo e da galinha. O moderno transporte aéreo depende

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Aparelhos de fax

Cabeça térmica

Papel termosensível

Cilindro de pressão

Cilindro

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Cilindro Documento

Cilindro de pressão

Sensor de imagem

Motor de tração [Recepção]

[Transmissão] (1) Mecanismo anterior

Cabeça térmica

Papel termosensível

Cilindro de pressão

Cilindro de pressão

Documento

Sensor de imagem

Motor de tração (2) Novo mecanismo

FIGURA 6.2 Funções dos motores nos aparelhos de fax, modificados pela Hitachi.

o documento. Contudo, isso facilitava também o acúmulo de sujeira, produzindo manchas na imagem. Tal fato exigiu desenvolvimento de um dispositivo eletrônico para compensar as manchas no documento a ser transmitido, com trabalho cooperativo entre engenheiros mecânicos e eletricistas.

O referido artigo não apresentava certos detalhes construtivos, o que é usual em artigos escritos por pesquisadores de empresas, visto que procuram preservar certos segredos industriais. No entanto, esses segredos não se mantêm por muito tempo. Assim que o novo aparelho da Hitachi foi lançado, seus concorrentes apressaram-se em comprá-lo para desmontá-lo e estudá-lo. Essa é uma prática usual na indústria e se chama engenharia reversa. Ao desmontar o novo aparelho, qualquer engenheiro perceberá imediatamente que houve redução dos números de motores e de cilindros. Já entender como se solucionou o problema da sujeira é um processo um pouco mais demorado.

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7 Aeronaves

Assim como muitas outras invenções, o motor a jato para aeronaves foi desenvolvido mais ou menos simultânea e independentemente por diferentes pessoas em distintos lugares do mundo. Na Inglaterra, um jovem estudante chamado Frank Whittle perseguiu obsessivamente a idéia de empregar propulsão à jato em aeronaves e apresentou projeto de graduação abordando desenvolvimentos futuros do projeto de aeronaves. Em 1930, Whittle requereu sua primeira patente do motor turbojato. Na Alemanha, alguns anos depois, outro jovem pesquisador, Hans von Ohain, foi encorajado por um de seus professores a pesquisar o motor a jato.

Whittle e von Ohain inicialmente não tiveram apoio de seus governos e nem das forças armadas. Assim, prosseguiram com esforços próprios para os desenvolvimentos em seus respectivos países até que aeronaves a jato começaram a aparecer nos céus, no final da Segunda Guerra Mundial.

Em 1991, por seus denodados esforços que transformaram a natureza da aviação em todo o mundo, Whittle e von Ohain receberam o prestigioso Prêmio Draper, concedido pela Academia Nacional de Engenharia. Esse prêmio havia sido entregue pela primeira vez a Jack S. Kilby e Robert N. Noyce, em 1989, que inventaram o circuito integrado, trabalhando separadamente. Esse foi mais um dos inventos que revolucionou o mundo, inclusive a indústria aeronáutica e as viagens aéreas.

A Alemanha do pós-guerra não estava em condições de produzir um avião comercial a jato. Contudo, os britânicos tinham essa capacidade e resolveram explorar esse invento promissor e lucrativo, aplicável em viagens aéreas econômicas e de grande alcance, inclusive para vôos transatlânticos.

O primeiro serviço comercial de linhas aéreas a jato foi inaugurado em 2 de maio de 1953, utilizando o avião a jato conhecido como Comet (Cometa), desenvolvido pela Companhia Britânica de Aviação de Havilland.

A grande vantagem que esses fabricantes haviam conquistado no mercado das aeronaves durou pouco tempo. Exatamente um ano depois, um Comet explodiu no ar quando decolava em Calcutá. No ano seguinte, dois outros Comets explodiram em pleno vôo, e o projeto da aeronave passou por uma séria investigação. As causas dos acidentes foram inicial-

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INOVAÇÃO: da idéia ao produto

FIGURA 7.7 Reatores Pratt & Whitney que equipam o Boeing 777.

Algumas empresas aéreas não tinham experiência ou ferramentas para fazer a manutenção dos novos reatores Pratt & Whitney e isso exigiria investimentos adicionais. A fim de tornar o 777 mais atraente, foram oferecidos alguns reatores alternativos. Entre as opções estava um reator General Electric, que é tão grande a ponto de sua nacele (cobertura externa do reator com forma aerodinâmica) ter quase o mesmo diâmetro da fuselagem de um Boeing 757. Outra opção disponível eram reatores Rolls Royce. Os reatores Pratt & Whitney e General Electric também são utilizados nos aviões da Airbus.

Em razão da grande autonomia de vôo e da capacidade de voar mesmo com a eventual falha de um dos reatores, o 777 transformou-se em um candidato imediato às viagens transoceânicas. Entretanto, para isso, precisava da certificação para vôo, a qual somente era concedida após longa experiência do avião atuando em rotas comerciais. Em meados da década de 1980, estimou-se que a chance dos dois reatores apresentarem pane simultaneamente era de uma em cada um bilhão de

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8 Água e saneamento

A engenharia civil foi definida no começo do século XIX como “a arte de direcionar as grandes forças da natureza de forma conveniente”. Um século depois, um engenheiro ferroviário definiu a engenharia, genericamente, como “a arte de fazer bem feito por um dólar, aquilo que qualquer curioso faria por dois dólares”. Esses dois conceitos, social e econômico, estão intrinsecamente ligados a tudo que o engenheiro faz, embora nem sempre a proporção entre custos e benefícios sociais fique evidente.

Muitos produtos industriais modernos, como os clipes de papel e as latas de alumínio são convenientes, mas o desaparecimento deles não afetaria significativamente a civilização. Contudo, existe uma outra categoria de produtos cujo desaparecimento provocaria grandes impactos. Incluem-se nessa categoria as pontes e aviões. Seria um grande retrocesso para cidades como São Francisco se passasse a depender novamente de balsas e navios para atravessar a baía, exigindo muito mais tempo. Sem os progressos das engenharias, a rede de transportes seria menos desenvolvida e o abastecimento das grandes cidades poderia ficar prejudicado, assim como o comércio internacional. A sociedade poderia continuar funcionando, mas a um ritmo muito mais lento, como no século XIX. O controle e uso econômico dos recursos hídricos também fazem parte daquela categoria das obras de grande impacto. A água é uma matéria essencial e está presente em várias comodidades da vida moderna. Muitos conhecimentos e técnicas de engenharia, desenvolvidos durante séculos, destinam-se a captar, controlar, tratar e abastecer comunidades cada vez maiores.

Naturalmente, os nossos ancestrais nômades viviam sem essas comodidades.

O desenvolvimento da agricultura, que pode ser descrita como engenharia do campo, foi acompanhado da habilidade de movimentar a água para as terras cultivadas. As obras para o controle da água têm sido um dos grandes avanços da engenharia durante os milênios que se seguiram após o estabelecimento das sociedades agrárias, durante o período neolítico.

ABASTECIMENTO DE ÁGUA As cidades romanas ficaram famosas pelo suprimento de água, tornando possível a construção de fontes e banhos públicos. As famosas pontes

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INOVAÇÃO: da idéia ao produto

FIGURA 8.2 Passeio subterrâneo nos esgotos de Paris nos anos 1870.

ESGOTOS SANITÁRIOS A solução dos grandes problemas de engenharia costuma afetar muita gente e exigir financiamentos vultosos que só são possíveis ao poder público. Assim, não depende apenas dos conhecimentos técnicos. Isso aconteceu em Londres, em meados do século XIX. Nos séculos anteriores, a taxa de mortalidade tinha superado a de natalidade, provocando redução da população urbana. Em conseqüência, houve alívio da pressão sobre as cidades e, portanto, para o desenvolvimento de novas tecnologias. O abastecimento da cidade dependia de uma obra do século XVI, bombeando-se água do rio Tâmisa até um ponto mais alto, quando o líquido fluía ao seu destino final por gravidade. O bombeamento era feito por rodas d’água colocadas no estreitamento do rio sob os arcos da antiga ponte de Londres. Os esgotos eram despejados no rio sem nenhum tipo de tratamento. Havia uma desconfiança sobre os efeitos prejudiciais da água contaminada sobre a saúde coletiva, embora não se conhecessem seus riscos reais.

As condições sanitárias em Londres na era vitoriana, durante o século XIX, chegaram a níveis insuportáveis. Havia uma Comissão Sanitária para a Cidade de Londres, cuja jurisdição abrangia apenas 300 mil casas, em um total de 2,5 milhões de habitantes na zona metropolitana. Havia sistemas alternativos de esgotos na

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9 Pontes

As grandes obras de engenharia podem demorar décadas até serem completadas. Muitas vezes, os engenheiros que as começaram não conseguem levá-las até o fim. Inúmeras interrupções ocorrem com freqüência, bem como longos períodos de inatividade, devido a mudanças das condições políticas e econômicas. Elas podem depender da sorte e de outras ocorrências fortuitas, como em qualquer outro empreendimento humano.

Em geral, a obra de engenharia passa por uma longa e tortuosa história até ser completada. A história sobre as origens, projeto, financiamento e construção de uma ponte qualquer pode ser um bom exemplo disso.

No tempo da Revolução Industrial havia uma velha tradição na construção de pontes de pedras e madeiras. Existiam muitas pontes construídas só de madeira. Em outros casos, a ponte de madeira servia de suporte para a construção das pontes de pedra em forma de arco (Figura 9.1).

FIGURA 9.1 Estrutura de madeira usada como suporte para a construção de uma ponte de pedra em arco.

PONTE DE FERRO FUNDIDO A família Darby ficou bastante conhecida no século XVIII como produtores de ferro no vale Severn, Inglaterra. Nessa região, havia escassez de madeira e abundância de carvão mineral, que era usado para fundir o ferro. Contudo, quando se pensou em construir uma nova ponte sobre o

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tou-se muito explicando o princípio da viga em balanço em audiências públicas durante a construção.

A fim de explicar o princípio estrutural da ponte, Baker usava um modelo humano formado por duas pessoas sentadas em cadeiras, sustentando uma terceira pessoa no meio (Figura 9.4). Os braços das pessoas sentadas nas extremidades seguravam duas varetas, que representavam as vigas. O peso da pessoa suspensa no meio era balanceado pelos contrapesos de tijolos colocados nas duas extremidades. Contudo, essa analogia não se parecia com a ponte suspensa proposta por Bouch e nem funcionava da mesma maneira. A distância de uma cadeira a outra foi considerada, incorretamente, como o vão da viga em balanço.

FIGURA 9.4 Simulação da estrutura da ponte sobre o estuário do Forth usando modelo humano imaginado por Benjamin Baker.

A ponte do estuário Forth fez enorme sucesso. Tornou-se famosa no mundo todo e foi muito imitada. No final do século XIX, as pontes com vigas em balanço tornaram-se preferidas pelos projetistas, construtores e financiadores de pontes.

Quando se pensou em construir a ponte sobre o rio São Lourenço, em Quebec, ela foi projetada com uma viga com vão ainda maior que o recorde anterior da ponte do Forth, que era de 520 m. A construção do braço sul da ponte de Quebec tinha

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10 Grandes edifícios

Quando o arquiteto Le Corbusier chamou uma casa de “uma máquina para se viver dentro” atentou para o fato de que construções modernas não são apenas estruturas com fachadas. Elas são feitas de muitas partes que devem se encaixar e funcionar conjuntamente, a fim de proporcionar não só abrigo e status, mas também conforto em um ambiente controlado.

Nossas casas possuem sistemas elétricos e de aquecimento e refrigeração para torná-las habitáveis. As grandes edificações, nas quais as pessoas moram e trabalham, possuem sistemas mais elaborados, que podem incluir meios de transporte horizontais e verticais, como elevadores, escadas rolantes e esteiras. Em locais onde se devem preservar segredos governamentais ou industriais podem existir sistemas de segurança bastante sofisticados.

Embora construções antigas não tenham os mesmos tipos de sistemas atuais, foram equipados de algum modo com outros tipos de sistemas, pois nenhum projeto de construção complexa pode ser realizado de maneira eficaz sem eles. Nem todos envolvem partes mecânicas, elétricas ou computadores, e alguns dos antigos sistemas mais eficientes eram mais de caráter sociológico do que técnico. As grandes pirâmides do Egito, por exemplo, requeriam enormes sistemas de organização do trabalho, capazes de realizar movimentação de grande quantidade de blocos de pedra maciços para as construções. O projeto das pirâmides também incluía sistemas de passagens e câmaras cuidadosamente feitas para prevenção contra supostos ladrões de tumbas.

Durante o império romano, os obeliscos gigantescos do Egito foram removidos para cidades como Roma. A operação precisava ser cuidadosamente planejada, com coordenação de centenas ou até milhares de homens e animais para um funcionamento eficiente do sistema (Figura 10.1). Um obelisco pode ser considerado uma construção primitiva, sem sistemas internos. Mesmo assim, poderá ruir se não for devidamente manobrado, com apoios adequados, por caminhos apropriados. As catedrais góticas tinham sistemas estruturais muito mais elaborados, com tetos

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INOVAÇÃO: da idéia ao produto

abobadados apoiados sobre grandes pilastras. Elas tornaram-se possíveis devido aos conhecimentos das características mecânicas próprias e existência de sistemas sociológicos, ao longo dos séculos, para financiá-las e construí-las. Contudo, nada se compara com o projeto, programação e controles ambientais exigidos na construção dos modernos edifícios.

FIGURA 10.1 Deslocamento do obelisco Vaticano, envolvendo forças musculares de centenas de homens e animais.

PALÁCIO DE CRISTAL O edifício projetado para abrigar a primeira Feira Mundial, oficialmente denominado como a Grande Exposição dos Produtos Industriais de Todas as Nações, ocorrido em Londres, em 1851, é considerado um dos melhores prédios públicos de todos os tempos. Nele foram empregados muitos sistemas de construção e operação. Essa exposição internacional foi organizada com o objetivo de contemplar o crescente espírito inventivo e a produtividade que se seguiu à Revolução Industrial. Em meados do século XIX, as exposições locais e nacionais de produtos industriais tinham se tornado usuais, mas a exposição inglesa teve o mérito de ultrapassar as fronteiras nacionais. A idéia foi lançada oficialmente no início de 1850, com entusiástico patrocínio do Príncipe Albert, que nomeou um comitê real sob sua presidência, para tratar da obra.

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