CONFECÇÃO DE PONTES DE MACARRÃO COMO APOIO AOS PROCESSOS DE ENSINO E DE APRENDIZAGEM EM ENGENHARIA

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1 CONFECÇÃO DE PONTES DE MACARRÃO COMO APOIO AOS PROCESSOS DE ENSINO E DE APRENDIZAGEM EM ENGENHARIA Wender Coelho de Oliveira 1, Júlio César da Silva 2 1,2 Universidade do Grande Rio (UNIGRANRIO) / Escola de Ciência e Tecnologia, Rua Professor José de Souza Herdy, nº 1160, Bairro Jardim Vinte e Cinco de Agosto, Duque de Caxias RJ, 1 wendercoliveira@gmail.com, 2 jcesarop@gmail.com Resumo O intuito de calcular e confeccionar as pontes de macarrão, chamadas também de pontes de espaguete, é levar os estudantes de Engenharia Civil a pôr seus conhecimentos em prática, já adquiridos na primeira metade do curso de graduação. Esta finalidade consiste em mostrar aos alunos que estes são capazes de resolver problemas de engenharia com conhecimentos básicos do curso já alcançados, sabendo que grande parte dos alunos não consegue compreender como será utilizado em prática o cálculo, a física, a mecânica dos sólidos, dentre outras disciplinas, como futuros profissionais. As competições de pontes de macarrão entre equipes de estudantes, atualmente, são bastante comuns nas universidades brasileiras e do exterior, na qual a estrutura que suportar a maior carga, antes do colapso, será a melhor da competição. Esta prática proporciona uma maior motivação aos alunos, ao saber que todo este conhecimento absorvido é válido e tem utilidade, recompensandoos também com um belo trabalho prático realizado após todo o processo de execução e ao ver seu projeto sendo testado. Palavras-chave: Pontes de Macarrão; Estruturas; Trabalho prático; Ftool; Excel. Área do Conhecimento: Engenharias / Engenharia Civil Introdução É comum estudantes de engenharia, nos primeiros períodos de graduação, tratando-se neste artigo especificamente dos alunos do curso de engenharia civil, sentirem-se desmotivados. Geralmente os alunos percorrem estudando 4 e 3 períodos de cálculo e física, respectivamente, além de outras disciplinas afins ministradas nesta primeira fase do curso. Já pensando em como utilizar profissionalmente o conteúdo ministrado durante a graduação, grande parte dos universitários questionam os professores como as temáticas são aproveitadas, não enxergando a relação da teoria com a prática. Compreende-se que aprender os fundamentos teóricos sobre um determinado tema da engenharia civil é importantíssimo para este poder ser aplicado de forma correta, pois como foi na antiguidade, modernamente não há como a construção de uma ponte, por exemplo, ser feita por tentativa e erro, notando que a vida das pessoas, as quais usufruirão deste empreendimento, não pode estar em risco. Porém, é indispensavel elaborar mecanismos de ensino que possam unir a teoria com a prática (WATANABE et al., 2010). A ponte de macarrão surge como uma forma de proporcionar esta interação de unificar ambas aprendizagens, levando o aprendizado básico do curso à aplicação em uma área de estruturas, as quais possuem forma de treliça (GONZÁLEZ, MORSCH, MASUERO, 2005). A união do conteúdo teórico à uma aplicação prática real é essencial para melhor fortificação do graduando, visto que ao se tornar um engenheiro, este saberá utilizar de forma mais assertiva os assuntos absorvidos na graduação, já tendo experiência no emprego de tal temática. A elaboração da ponte de macarrão proporciona ao estudante um aprendizado completo, dado que este precisa buscar auxílio em softwares para melhor execução do projeto, desta maneira complementará ainda mais sua esfera de conhecimento. O programa Ftool é demasiadamente empregado para desenhos de estruturas, fornecendo os valores e tipos de tensões em cada barra, além das reações nos apoios, assim como o Excel para realização de planilhas de cálculos. Muitas universidades do exterior e do Brasil, mais recentemente, já aderiram este projeto, realizando uma competição entre os discentes. Os alunos, separados por equipes, escolhem um melhor modelo definido pelos próprios integrantes e projetam suas pontes. O objetivo deste artigo é mostrar a importância da aplicação prática do conteúdo teórico ministrado em sala de aula, através 1

2 do projeto de pontes de macarrão, trazendo assim maior vivência e aproximação à vida profissional durante a graduação. Metodologia O objetivo do projeto de confeccionar uma ponte de espaguete consiste em fazer a estrutura resistir a maior carga possível imposta a ela, sem que haja ruptura da mesma. Para a elaboração do mesmo os estudantes devem seguir um regulamento estabelecido pela própria instituição de ensino. No Brasil, o regulamento seguido por muitas universidades é baseado no utilizado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), dados disponíveis em UFRGS (2016). Na Universidade do Grande Rio (UNIGRANRIO) as normas básicas impostas são estas: a ponte deverá ser indivisível; a construção desta deve ser efetuada utilizando massa do tipo espaguete número 7; a massa total da estrutura (somando o espaguete mais colas) não pode ser superior a 1kg, descontando a massa da barra de ferro e tubos de apoio; a estrutura deve ser capaz de vencer um vão livre de 1m, não ultrapassando 1,10m, estando apoiadas livremente nas suas extremidades, não sendo permitido a fixação das mesmas (Figura 1); na parte inferior deve ser fixado um tubo de PVC para água fria de 1/2 de diâmetro e 20cm de comprimento; a sua altura máxima não pode ultrapassar 50cm. Figura 1- Dimensões necessárias da ponte de macarrão. Fonte: GONZÁLEZ, MORSCH, MASUERO (2005). Os softwares Ftool e Excel são bastante utilizados no processo de execução do projeto, neles são efetuados os cálculos necessários da estrutura, a fim de proporcionar a melhor escolha para os estudantes. No Ftool a ponte é projetada conforme o modelo escolhido, estabelecendo a carga que esta deverá suportar, ao final do processo de lançamento da estrutura no sistema, o programa fornece os valores de reações dos apoios e tensões (compressão e tração) nas barras (Figura 2). Com base nos valores de tensões nas barras concebidos, é realizada uma planilha no Excel (Tabela 1), na qual o número de fios em cada elemento é calculado através de uma fórmula com base no valor de tensão imposta a este, um método para compressão e outro para tração. Vale ressaltar que o número de fios em cada barra calculada pode não ser inteiro, pois o valor é fruto de uma solução matemática, com isso é necessário aproximar para o mais próximo maior número inteiro, desta forma haverá um acréscimo também à massa da estrutura, porém ocorrendo uma pequena variação. O curso de Engenharia Civil na UNIGRANRIO foi implantado na instituição no 1º semestre de A partir do 1º período de 2014, quando a turma mais avançada se encontrava no 5º período de 2

3 graduação, durante a disciplina de Estruturas Isostáticas, o projeto de elaboração da ponte foi imposto para os discentes, dando assim início a este trabalho na instituição. Figura 2- Modelo de estrutura Pratt com valores de carga, tensões e reações. Fonte: Dados da Pesquisa. Tabela 1- Modelo de estrutura Pratt para cálculo do número de fios por barra. Barra Esforço (N) Natureza Comp. do fio (mm) Nº de fios Massa da barra (g) N1-658,28 Compressão ,17 39,17 N2 465,48 Tração ,91 7,75 N3 0 Não há esforço 180 8,00 5,68 N4-930,93 Compressão ,88 23,34 N5 658,17 Tração ,43 15,43 N6 465,54 Tração ,91 7,75 N7-465,32 Compressão ,25 16,51 N8-1396,35 Compressão ,27 28,59 N9 658,07 Tração ,43 15,43 N10 931,03 Tração ,82 15,49 N11 0 Não há esforço 180 8,00 5,68 N ,35 Compressão ,27 28,59 N13 658,07 Tração ,43 15,43 N14 931,03 Tração ,82 15,49 N15-465,32 Compressão ,25 16,51 N16-930,93 Compressão ,88 23,34 N17 658,17 Tração ,43 15,43 N18 465,54 Tração ,91 7,75 N19 0 Não há esforço 180 8,00 5,68 N20-658,28 Compressão ,17 39,17 N21 465,48 Tração ,91 7,75 Fonte: Dados da Pesquisa. Uma das universidades pioneiras em todo mundo a realizar este projeto é a Okanagan University College, no Canadá, que implantou este trabalho pela primeira vez em 1983 (OKANAGAN, 2016). Na 5ª edição do evento, Fifth Annual Spaghetti Brigde Competition, em 1988, a universidade promoveu o 1º concurso mundial de pontes de espaguete, passando a ocorrer todos os anos posteriores até o momento. Ainda, na 26ª edição do certame, Twenty-Sixth Annual Spaghetti Brigde Competition, em 2009, foi estabelecido, o que relatos mostram ser, o recorde mundial de suporte de carga de uma ponte de espaguete, com uma estrutura total de 982g e uma incrível carga suportada de 443,58kgf. Este feito foi alcançado pelos estudantes húngaros Norbert Pozsonyi e Aliz Totivan, da Szechenyi Istvan University of Gyor. Estes são dados fornecidos pela própria universidade, sendo que em

4 esta marca estabelecida pelos húngaros se tornou reportagem transmitida pelo site da revista Veja (VEJA, 2010). No Brasil, a universidade pioneira a realizar o torneio de pontes de macarrão é a UFRGS, sendo o 1º evento realizado em O recorde nacional pertence a instituição (Figura 3), alcançado no 2º semestre de 2011 pelas alunas Carlise Schmitz, Bruna Zakharia Hoch e Tieli Silva Fraga, com massa total da estrutura de 893g e carga de ruptura de 234kgf, sendo estas informações com fotos e vídeo disponíveis em UFRGS (2011). Resultados Figura 3- Recorde nacional. Fonte: UFRGS (2011). A relevância deste evento na UNIGRANRIO é notável e muito positiva entre os graduandos. Para comprovar tal afirmação, uma pesquisa foi realizada na instituição, que contou com a participação de 89 estudantes entre o 6º e 9º períodos, os quais participaram deste programa. Foram elaboradas 5 enquetes e os resultados foram os seguintes: 89,9% disseram se sentir mais motivados e interessados a estudar a disciplina de Estruturas Isostáticas; 68,5% se mostraram satisfeitos por saber que já tinham conhecimento para resolver problemas de engenharia; 53,9% reconheceram um crescimento considerável no conhecimento dos softwares Ftool e Excel; 89,9% se enxergaram um pouco engenheiros ao aplicar o que aprenderam na teoria; 97,8% disseram que valeu a pena passar por este processo de projeção da ponte. O projeto se tornou tão comum nas universidades e ganhou tamanha importância que já há estudos científicos com relação a este trabalho, como Ponte de Espaguete (LAGEMANN et al., 2013), a qual descreve o passo a passo para todo desenvolvimento do projeto e Impressão 3D de Pontes Emergenciais Baseado nas Competições de Pontes de Macarrão (FERREIRA et al., 2014) em que faz analogia ao projeto de pontes de espaguete testado e aprovado de sua capacidade de suporte de cargas. 4

5 Discussão A aprovação em massa do projeto pelos estudantes, resultado da pesquisa realizada na instituição UNIGRANRIO, mostra que este evento contribui grandemente para maior interação e aproximação dos mesmos ao meio profissional, apresentando função prática à conceitos teóricos estudados. Somente no quesito de maior ganho no conhecimento dos softwares Ftool e Excel o resultado não foi tão satisfatório, pois muitos já tinham experiência nos programas, principalmente se tratando do office. As atividades práticas de projeto despertam grande interesse e envolvimento dos estudantes (WATANABE et al., 2010). Neste trabalho os autores apresentam que através da disciplina Iniciação à Engenharia, na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), os alunos produzem a ponte de macarrão, no qual estes são capazes de unir os conhecimentos de áreas básicas da graduação à partes específicas do curso. Conclusão É de se notar que este consentimento entre os alunos acontece em inúmeras universidades, com ampla aceitação do corpo discente. O projeto de ponte de macarrão é um exemplo que unir a teoria à prática é, sem dúvidas, a forma de aproximar o estudante ao exercício profissional que este exercerá após a formação. A maior dedicação dos graduandos à disciplina de Estruturas Isostáticas na UNIGRANRIO, confirmada por intermédio da pesquisa, é outro fator importantíssimo, pois o conteúdo aplicado por ocasião deste projeto promove o sentimento de entusiasmo, fazendo com que os estudantes sintamse estimulados a estudar. Desta forma, há maior possibilidade de obter maior qualificação na formação dos alunos, cujo objetivo é de qualquer instituição de ensino. Referências FERREIRA, Luan Ribeiro; LIMA, Luana de Moura Gonçalinho; MOREIRA, Marina Roche; VELLOSO, Márcia Motta Pimenta. Impressão 3D de Pontes Emergenciais Baseado nas Competições de Pontes de Macarrão. Rio de Janeiro, (Programa de Iniciação Científica). Disponível em: Acesso em: GONZÁLEZ, Luis Alberto Segovia; MORSCH, Inácio Benvegnu; MASUERO, João Ricardo. Didactic Games in Engineering Teaching - Case: Spaghetti Bridges Design and Building Contest. Ouro Preto: 18th International Congress of Mechanical Engineering, Disponível em: Acesso em: LAGEMANN, Carlos Henrique; SALVADOR, Paulo Fernando; TREMARIN, Ronaldo Cesar; ROCKENBACH, Diandra Tainá. Ponte de Espaguete. Lajeado, (Projeto de extensão Desafios de Inovação Tecnológica). Disponível em: desafio_de_inovacao-ponte_de_espaguete.pdf. Acesso em: OKANAGAN. Okanagan University College. Spaghetti Bridge Contest. Disponível em: y/heavyweight.html. Acesso em: UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Regulamento da competição. Disponível em: Acesso em: XVI Competição de Pontes de Espaguete. Disponível em: Acesso em:

6 VEJA. Disponível em: Acesso em: WATANABE, Flávio Y.; OGASHAWARA, Osmar; MONTAGNOLI, Arlindo N.; RUBERT, José B. Desenvolvimento de atividades de projeto nas disciplinas de Iniciação à engenharia. Fortaleza: XXXVIII Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, Disponível em: Acesso em: