Vale começar pelo que já existe, que é bastante coisa e é bom. Quem ensina estruturas hoje tem ferramentas gratuitas de primeira linha, e várias delas fazem o que se propõem a fazer melhor do que nós.
O que as ferramentas gratuitas realmente cobrem
| Ferramenta | Gratuita | O que faz muito bem | Desenvolvimento conceitual |
|---|---|---|---|
| Ftool | Sim | Modelar pórticos planos e ler diagramas e linhas de influência com uma fluidez que poucos alcançam | Mostra o comportamento, não o desenvolvimento que o produz |
| MASTAN2 | Sim (roda no MATLAB ou no seu runtime) | Análise matricial linear e não linear, ligada ao livro de McGuire, Gallagher e Ziemian | A teoria está no livro; o programa roda a análise |
| SkyCiv | Plano gratuito | Cálculos manuais passo a passo: diagramas de corpo livre, equações de equilíbrio antes da substituição, método de Cross para vigas hiperestáticas | Números substituídos em fórmulas, para estática básica |
| sectionproperties | Sim, open source | Empenamento, centro de cisalhamento e constante de Saint-Venant por elementos finitos | É uma biblioteca Python: devolve números, sem interface e sem explicação |
Dessa lista, o SkyCiv é o que mais se aproxima do que costumamos chamar de "mostrar o desenvolvimento", e é preciso dizer com todas as letras: os cálculos manuais dele são bons. Ele monta o diagrama de corpo livre, escreve ΣM = 0 antes de colocar os números e resolve pelo método de Cross quando a viga é hiperestática. Quem afirmar que nenhum programa gratuito mostra os passos é desmentido pelo SkyCiv em um minuto.
Mostrar os passos não basta se o programa não explica quando a fórmula deixa de valer
Substituir números numa fórmula correta e explicar por que aquela fórmula é a adequada são coisas diferentes. A primeira poupa a conta. A segunda evita o erro que a conta não consegue detectar, porque o erro está uma camada acima.
As calculadoras de torção que circulam por aí ilustram o ponto ao contrário: você escolhe o tipo de seção (maciça, tubo fechado, retângulo) e o programa aplica a fórmula correspondente. Nenhuma das que vimos avisa que você escolheu errado, nem o que a outra teoria teria dado, nem de que lado do erro você ficou.
Um programa que só calcula nunca vai avisar que você está calculando a coisa errada.
Três funções para as quais não encontramos equivalente
- Análise cinemática explicada. Procuramos e não encontramos uma ferramenta gratuita que faça isso: o que aparece é material de aula em PDF. O "educational software for kinematic analysis" que encontramos é para mecanismos de máquinas, bielas e manivelas, não para classificar estruturas.
- Detalhamento de armaduras. A única opção gratuita que encontramos é o AutoRebar, que é um plugin do AutoCAD: para usar a parte gratuita, é preciso ter uma licença cara. Além disso, ele trabalha sobre o seu desenho: você posiciona as barras e ele monta a tabela de armação. O resto são testes de sete dias ou software comercial. Não encontramos nenhuma opção open source.
- Análise de seção desenvolvida. Aqui existe uma opção gratuita séria, o sectionproperties, e em empenamento por elementos finitos provavelmente ele nos supera. Mas é uma biblioteca sem interface: devolve o centro de cisalhamento sem explicar por que ele está onde está.
Entre as ferramentas que analisamos, nenhuma cobre duas das três, e também não encontramos uma que aborde sequer uma delas pelo lado conceitual. Essa é a lacuna que enxergamos, e ela é menor e mais precisa que "somos os únicos que ensinam".
Uma tela onde a diferença aparece inteira
Abaixo há uma viga de dois vãos sobre três apoios. Os três restringem apenas o movimento vertical. É o caso clássico de livro, e também o que eu mais vi ser aceito como certo numa prova.
A fórmula do grau de hiperestaticidade dá g = 3·m + r − 3·n = 3×2 + 3 − 3×3 = 0. Zero significa isostática, e qualquer programa que pare na fórmula vai informar exatamente isso. Mas nada segura a viga na horizontal: é um mecanismo, e não tem solução.
| Passo | O que olha | Resultado |
|---|---|---|
| 2 · Grau de indeterminação | g = 3·m + r − 3·n | 0 |
| 3 · Matriz de rigidez | Modos de mecanismo detectados | 1 |
| 3 · Matriz de rigidez | Graus de liberdade sem restrição | 1 |
| 4 · Sugestões | Veredito na tela | Não pode ser resolvida |
O app não se limita a informar o zero e lavar as mãos. Ele contradiz esse resultado no mesmo passo 2 em que o calculou: "A fórmula dá g = 0 (condição necessária para isostática), mas NÃO suficiente". O passo 3 monta a matriz de rigidez global, 6×6 aqui, e marca "Detectado 1 modo de mecanismo" apesar de g = 0 ≥ 0. Aponta o nó 3 e o seu deslocamento horizontal, explica que a equação do passo 2 conta restrições sem olhar onde elas estão e fecha com "✗ Mecanismo — não pode ser resolvida".
Por que isso pode interessar a um departamento
Um aluno que aprende a fórmula do grau e nunca vê a condição suficiente falhar sai com uma regra incompleta sem saber. É difícil mostrar isso no quadro, porque o exemplo que a derruba parece um erro de digitação. Aqui aparece numa tela só, com o número e a contradição lado a lado.
E não é preciso instalar nada, ter licença ou pedir que a faculdade compre alguma coisa. Abre no navegador, e o modelo é compartilhado por link.