XV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ

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1 XV SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DA UNAERP CAMPUS GUARUJÁ Projeto de um protótipo de ponte em viga warren utilizando macarrão espaguete. Carlos Eduardo Dias de Andrade Aluno de Engenharia Civil 4º Etapa Carine Quirino da Silva Aluna de Engenharia Civil 4º Etapa Estefany da Silva Lourenço Aluna de Engenharia Civil 4º Etapa Wellington Cardoso Messias dos Santos Aluno de Engenharia Civil 4º Etapa Marcio Sena Curvelo Professor de Engenharia Este simpósio tem o apoio da Fundação Fernando Eduardo Lee. Resumo: O objetivo do trabalho é desenvolver um projeto e construir uma ponte de macarrão que suportará a carga inicialmente calculada com o software Ftool que auxiliará no cálculo estrutural, cálculo das cargas e na quantidade de macarrão utilizada em cada viga e coluna. Será utilizado o macarrão, a resina que irá colar as vigas e colunas e a massa epóxi que unirá as estruturas. O principal foco do trabalho é colocarmos em prática o conhecimento obtido em aula. Palavras-chave: Ponte; Cálculo; Macarrão. Summary The objective of the work is to develop a project and build a noodle bridge that will support the load initially calculated with Ftool software that will aid in the structural calculation, calculation of loads and the amount of noodle used in each beam and column. The noodle will be used, the resin that will glue the beams and columns and the epoxy mass that will join the structures. 1

2 Key-words: Bridge; Calculation; Noodle. Seção 4 - Curso de Engenharia Civil Estruturas. Apresentação: pôster. 1. Introdução. A prática Acadêmica de realizar Competição de Pontes de Espaguete é difundida com grande expectativa em inúmeras instituições de ensino no Brasil e em outros países. Estudos apontam que a primeira instituição de ensino que realizou esta competição foi a Okanagan College, na Colúmbia Britânica, em Atualmente em nosso país, essa competição teve sua primeira apreciação na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em 2004, vindo a ser seguida por mais de 20 instituições brasileiras. Este evento envolve, principalmente alunos dos cursos da área engenharia civil, e visa estabelecer uma relação dos assuntos teóricos estudados na disciplina diretamente atuadas nas carreiras dos futuros engenheiros, com a prática inclusive na gestão do projeto. O evento desafia seus alunos ao complexo trabalho em equipe, ponto fundamental para o sucesso da tarefa tecnológica. Os valores quanto ao conhecimento prático e teórico colaboram futuros e maiores desafios relacionados a engenharia. São pontos técnicos fundamentais a serem citados, a possível verificação que da geometria da ponte, os tipos de materiais usados, a correta aplicação dos cálculos e a correta execução do projeto. Muitos educadores concordam que o principal objetivo deste trabalho experimental é fornecer aos alunos uma experiência realista, gratificante e bemsucedida à engenharia civil. Projetamos uma ponte usando apenas espaguete e cola acompanhado de artigo. Este documento descreve esse projeto e discute nossa experiência e opiniões sobre os benefícios obtidos com elas. 2. Objetivos. Objetivo geral Construir a ponte de macarrão projetada no software Ftool para atender ao projeto e suportar a carga estipulada. Uma ponte de espaguete é um projeto famoso e atual em todo o mundo. Competições são organizadas por muitas instituições. As regras são aplicadas e atribuídas no projeto, isso depois de discutirmos os elementos básicos. Objetivo específico Após construída, a ponte deverá suportar carga nominal de 20 kg. 3. Justificativa. O projeto tem importância significativa no aprendizado das disciplinas de Cálculo, Resistencia de Materiais e Física, visando aplicar os conceitos aprendidos em aula e nas pesquisas realizadas ao longo do semestre. A ponte de treliça selecionada para o nosso projeto vem da treliça Warren. A treliça de Warren consiste de hastes longitudinais unidas apenas por membros transversais em ângulo, formando alternadamente espaços invertidos em forma de 2

3 triângulo equilátero ao longo do seu comprimento, assegurando que nenhum pilar individual, viga ou amarração está sujeita a forças de flexão ou de torção, mas apenas para compressão. Esta configuração combina força com economia de materiais e pode, portanto, ser relativamente leve. As vigas sendo de igual comprimento, é ideal para uso em módulos pré-fabricados pontes. É uma melhoria sobre a treliça Neville que usa uma configuração de espaçamento de triângulos isósceles. 4. Revisão bibliográfica. Treliças são estruturas de barras ligadas entre si por nós articulados, com cargas que se aplicam a esses mesmos nós. Com isso, apenas forças normais resultam como esforço solicitante nas barras. As treliças têm um campo de aplicação muito vasto: são usadas nas estruturas de cobertura (como um telhado de casa), desde vãos pequenos até os médios (como nas edificações residenciais e industriais) até grandes (como nas coberturas de estádios, de estações metroviárias); são também usadas nas pontes rodoviárias e ferroviárias. Do ponto de vista estrutural, elas podem ser planas ou espaciais e são constituídas usualmente de madeira, aço e, em menor grau, de concreto armado, também conhecido como protendido. Nas treliças, são relevantes dois tipos de forças: compressão: age para comprimir ou diminuir o objeto sobre o qual a treliça está agindo; tração: age para expandir ou aumentar o objeto sobre o qual a treliça está agindo. A compressão e a tração estão presentes em todas as pontes. O projeto da ponte deve garantir que ela consiga suportar essas forças sem o risco de entortar ou rachar. Entortar é o que acontece quando a força de compressão ultrapassa a habilidade de um objeto em aguentar essa compressão e rachar é o resultado do excesso de tração sobre o objeto. A melhor maneira de trabalhar com essas forças é dissipá-las ou transferi-las. Dissipar uma força é espalhá-la sobre uma grande área, fazendo com que nenhum ponto tenha de suportar o impacto da força concentrada. Transferir uma força é mudá-la de uma área de fraqueza para uma área de força (uma área projetada para suportar a força). Tipos de esforços Uma força pode ser aplicada num corpo de diferentes maneiras, originando, portanto, diversos tipos de solicitações, tais como: tração, compressão, cisalhamento, flexão e torção. Quando cada tipo se apresenta isoladamente, diz-se que a solicitação é simples. No caso de dois ou mais tipos agirem conjuntamente a solicitação é composta. TRAÇÃO: da força aplicada. solicitação que tende a alongar a peça no sentido da reta de ação 3

4 Figura 1: Tensão de tração. COMPRESSÃO:solicitação que tende a encurtar a peça no sentido da reta da força aplicada. Figura 2: Tensão de compressão CISALHAMENTO:solicitação que tende a deslocar paralelamente, emsentido oposto, duas seções de uma peça (força cortante). Figura 3: Tensão de Cisalhamento. TORÇÃO: solicitação que tende a girar as secções de uma peça, uma em relação às outras. Figura 4: Tensão de Torção. 4

5 5. Materiais e métodos. Macarrão espaguete nº 7 da marca Barilla; Cola epoxi do tipo massa; (Durepoxi, Polyepox ou Poxibonder, etc.); Cola tipo adesivo de contato; Resina (exemplos de marcas: Araldite, Poxipol, Colamix ou ProEpoxi) A principal matéria prima utilizada foi o macarrão, junto com a resina e massa epóxi. Projetamos a ponte com o auxílio do software para 20 Kg e cortamos os fios de macarrão de acordo com o tamanho projetado. Após todos os fios cortados foram separadas a quantidade necessária para cada viga e coluna, passamos a resina em todas e aguardamos a secar. Logo depois da secagem completa começamos a fixar as vigas e colunas com a massa epóxi e então aguardamos secar para iniciar os testes de carga. Primeiramente foi escolhido o modelo da ponte a ser construída, depois de algumas discussões escolhemos o tipo viga Warren com tabuleiro inferior. Figura 5: Dimensões da ponte a partir do Software FTOOL. Figura 6: Cálculo das tensões da ponte a partir do Software FTOOL 5

6 Figura 7: Numeração dos da ponte a partir do Software FTOOL. Barra L (cm) Tensão (N) Nº de fios , ,7-53, , ,7-53, , ,7-53, ,7-53, ,7-53,7 6 Barra L (cm) Tensão Nº de (N) fios ,7-53, ,7 53, , ,7 53, , ,7-53, , ,7-53, ,7-53,7 14 Tabela 1: Quantidades de fios para cada barra. Processo de construção da ponte: Passo 1 Após conferencia do número de barras e fios (Tabela 1), uma cópia CAD da ponte é impressa na A2 papel para escala 1: 1. Depois disso, uma camada de papel manteiga é colocada sobre o CAD plano para evitar que caia cola no papel (Figura 4). Isto é porque, na sua fabricação, o papel manteiga é mergulhado em óleo o que não incentiva a mistura água. Passo 2 As partes da ponte são cortadas em seções usando o CAD como um guia. As peças são coladas um por uma supercola e unidas por massa Durepox. Se possível, o papel é separado das partes coladas antes movendo-se para a próxima parte para facilitar a produção. 6

7 Passo 3 Finalmente, a armação horizontal é produzida unindo as hastes de ambos lados da ponte. A carga de 100 N calculada, gera resistência de 20 kg, uma vez multiplicada por ambos lados. 6. Resultados e discussão. Primeiramente foi escolhido o modelo da ponte a ser construída, depois de algumas discussões escolhemos o tipo viga Warren com tabuleiro inferior. Uma avaliação inicial produziu os seguintes comentários: Compreendemos que o uso da abordagem de engenharia permitiu que trabalhássemos problemas mais complexos em um projeto mais conscientes. Percebemos que redesenhar e refinar as ideias, melhoraria nossos resultados finais. Adotamos testar o que calculamos. Isso também nos orientou a voltar e verificar nos cálculos se havia algum desvio significativo entre os resultados. Obtivemos uma melhor percepção dos efeitos das suposições que ao longo do projeto iriamos executando. Tivemos uma melhor compreensão do motivo pelo qual as treliças são construídas do jeito que são (conforme modelo proposto). Nos tornamos mais conscientes das consequências da qualificação inadequada em engenharia. 7. Conclusões. A partir da construção da ponte foi possível colocar em prática os conceitos aprendidos em aula e aprendemos o quão é importante a parte de estrutura na engenharia civil. 8. Referências. HAUS, Tiago. Pontes: tipos principais e como funcionam. Disponível em:< funciona_imprimir.asp?strtitulo=pontes:%20tipos%20principais%20e%20como%20f uncionam > Acesso em: 20 de setembro de Tipos de esforços. Disponível em< > Acesso em: 29 de setembro de