REGULAMENTO DA COMPETIÇÃO

Transcrição

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão Departamento de Mecânica e Materiais 3ª Competição de Treliça REGULAMENTO DA COMPETIÇÃO Comitê organizador: Prof. Msc. André Pereira Santana (Coordenador) - DMM Anderson Nobate Morgado Engenharia Mecânica Daniel Coimbra Oliveira Engenharia Mecânica Naíra Pearce Malaquias Engenharia Civil Nathan Costa Freitas Engenharia Mecânica Pauline Dulcinea Mesquita Santiago Engenharia Civil São Luis MA Editado em 05/11/2010

2 1 Introdução 1.1 O tema do trabalho proposto é a construção e o teste de carga de uma ponte treliçada, utilizando macarrão do tipo espaguete e colas epoxi e quente (tipo silicone, aplicada com pistola). 1.2 A ponte deve ser capaz de vencer um vão livre de 90,0 cm. Sua construção deverá ser precedida da análise de algumas opções de tipos de pontes disponíveis, com estimativa da carga de colapso. 1.3 O trabalho deverá ser realizado em dupla. 2 Objetivos Motivar nos alunos habilidades que lhes permitam: Aplicar conhecimentos básicos de Mecânica dos Sólidos para resolver problemas de Engenharia; Utilizar computadores para resolver problemas de Engenharia; Projetar sistemas estruturais simples; Comunicar e justificar seus projetos em forma oral e escrita; Trabalhar em grupo para executar seus projetos. 3 Disposições Gerais 3.1 Cada dupla poderá participar com apenas uma ponte. 3.2 Cada dupla deverá entregar um relatório com uma estimativaa de colapso da ponte (quanto ela suporta) e com a lista de colas utilizadas na construção (item 9). 3.3 Os participantes devem ser estudantes de Engenharia (Mecânica ou Civil) do IFMA. 3.4 Qualquer retificação desse edital será disponibilizada no site 4 Normas para construção da ponte 4.1 A ponte deverá ser indivisível, de tal forma que partes móveis ou encaixáveis não serão admitidas. 4.2 A ponte deverá ser construída utilizando apenas massa do tipo espaguete número 7 da marca Barilla (Anexo 4) e colas epoxi do tipo massa (exemplos

3 de marcas: Durepoxi, Polyepox, Poxibonder, etc.) e do tipo resina (exemplos de marcas: Araldite, Poxipol, Colamix, etc.). Será admitida também a utilização de cola quente em pistola para a união das barras nos nós. 4.3 No peso da ponte serão considerados: a massa espaguete, as colas utilizadas, o mecanismo de apoio das extremidades (item 4.5) e a barra de aço para fixação da carga (item 4.6), de modo que não poderá ser superior a 1300g. 4.4 A ponte deverá ser capaz de vencer um vão livre de 90,,0 cm, estando apoiada livremente nas suas extremidades (Figura 1), de tal forma que cada extremidade da ponte deverá prolongar-se em 5,0 cm de comprimento além do vão livre (Figura 2). Não será admitida a utilização das faces verticais como pontos de apoio da ponte.

4 Figura 1 Figura Na parte inferior de cada extremidade da ponte deverá ser fixado um tubo de PVC para água fria de 1/2" de diâmetro e 25 cm de comprimento (Figura 3) para facilitar o apoio da ponte sobre a estrutura de teste de carga. Figura 3

5 4.6 Deverá ser fixada uma barra de aço de 8 mm de diâmetro e de comprimento igual à largura da ponte (Figura 4) na região correspondente ao centro do vão livre, no sentido transversal ao seu comprimentoo e no mesmo nível das extremidades apoiadas. A carga útil será aplicada no centro desta barra, na direção ortogonal a ela e orientada para baixo (peso). Figura A altura máxima da ponte não deverá ultrapassar 50,0 cm e largura compreendida entre 7,0 cm e 25,0 cm, ao longo de todo seu comprimento. 5 Normas para realização dos testes de carga 5.1 A ordem da realização dos testes de carga será dada por sorteio. 5.2 Somente um membro de cada dupla deverá realizar os testes de carga da referida ponte, a qual deverá utilizar equipamentos de proteção para evitar acidentes no momento do colapso. 5.3 Os testes de carga serão feitos da seguinte forma: 1) É aplicada uma carga útil inicial de 5 Kg; 2) Espera-se 15 segundos; 3) Se nesse intervalo a ponte não apresentar danos estruturais, considera-se que a ponte não entrou em colapso. Neste caso, incrementa-se a carga útil de acordo com a tabela abaixo e retorna-se ao item 2. Caso ela apresente qualquer tipo de dano estrutural, considera-se que houve colapso. Neste caso os testes de cargas são interrompidos e atribui-se como carga oficial de colapso a última carga útil que a ponte suportou sem o colapso.

6 Até 10 kg de CUT* De 12 kg a 50 kg de CUT Acima de 55 kg de CUT Incrementa-se 2 kg Incrementa-se 5 kg Incrementa-se 10 kg *Carga útil total NOTA: Se a ponte entrar em colapso no intervalo que sucede os 15 segundos de espera e antecede o incremento da carga útil com a nova contagem dos 15 segundos, os testes serão interrompidos e a carga oficial de colapso é a última carga útil. 5.4 Após o colapso, os restos da ponte testada poderão ser examinados por membros da comissão de fiscalização da competição, para verificar se há alguma irregularidade. Neste caso, a ponte estará desclassificada. 6.1 A classificação final ordem crescente. 6.2 Em caso de empatee de duas ou mais pontes (mesma carga de colapso), serão utilizados como critério de desempate os parâmetros, nesta ordem: Maior pontuação do relatório; Menor peso da estrutura. 6 Classificação final ocorrerá em função das cargas oficiais de colapso, em 7 Inscrições das duplas 7.1 As inscrições das duplas deverão ser feitas através do preenchimento do formulário e enviado paraa o trelica@ifma.edu.br de 5 a 7 de Novembro de Relatório 8.1 Cada dupla deverá Anexo 3. entregar um relatório do seu projeto de acordo com o 8.2 O relatório deverá ser enviado para o trelica@ifma.edu.br, colocando o nome da Equipe em ASSUNTO, no formato PDF no dia 11 de Novembro de 2010 até às 18h.

7 8.3 O relatório terá pontuação de 0 a 100, levando em conta os parâmetros impostos no Anexo 3. Se a pontuação for inferior a 60, a dupla estará automaticamente desclassificada. 9 Data da Competição A data da competição, isto é, dos testes de carga das pontes construídas será dia 12 de Novembro de 2010 a partir das 14:00h no IFMA Campus Monte Castelo em local a definir4. 10 Prêmio A dupla vencedora será premiada com: Talvez um Espaguete na Pizzaria Della Costa - Cohama.... TALVEZ! 11 Considerações Finais 11.1 A comissão de organização irá determinar se cada participante seguiu todas as regras da competição. As suas decisões são finais, não cabendo recurso algum. Dada a natureza desta competição, ligada ao incentivo da criatividade, inovação e do pensamento científico e tecnológico, é do entendimento dos organizadores que a leitura e interpretação das regras fazem parte do desafio e são de responsabilidade dos membros da equipe Quaisquer dúvidas referentes às regras descritas neste documento deverão ser encaminhadas para trelica@ifma.edu.br e serão respondidas por . Se a comissão organizadora julgar necessário, o esclarecimento gerado pela pergunta poderá ser incluído nas atualizações posteriores das regras Na ocasião de existirem contradições ou incoerências entre este documento e qualquer outro material de divulgação referente à competição, as regras aqui descritas imperam sobre quaisquer outras e serão as únicas consideradas pela comissão organizadora quando da determinação de pontuação, atribuição de prêmios ou quaisquer outras atividades relacionadas à competição e sua realização.

8 ANEXO 1 Algumas fotos de pontes de espaguetes. Competição de Treliça de Espaguete da UFRGS

9 1ª Competição de Treliça do IFMA

10 ANEXO 2 A figura abaixo mostra algumas armaduras típicas para telhados (techo) e pontes (puentes) que podem servir como base para o projeto de treliça. Fonte: Mecánica Vectorial para Ingenieros: Octava Edición

11 ANEXO 3 ORIENTAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DO RELATÓRIO A) ITENS Capa Capa Nome de guerra Instituição Membros Local e data Agradecimentos * Sumário Introdução Introdução Materiais e Métodos Resultados e discursões Referências Anexos* *Item opcional B) FORMATAÇÃO Margem superior: 2,5 cm Margem inferior: 2,5 cm Margem direita: 2,,5 cm Margem esquerda: 3,5 cm Espaço entre linhas: 1,5 cm Tipo de letra: Arial Tamanho da fonte: 12 Tamanho do papel: A4

12 C) INTRODUÇÃO Na introdução o projetoo deve ser apresentado com seus objetivos e metas, fundamentando-o teoricamente. Figuras devem ser numeradas seqüencialmente (Figura 1, Figura 2, etc) e quando citada no texto deve ser escrito apenas Fig. seguido pelo seu numero (Fig. 1, Fig 2). O título das figuras deve ser informativo, colocado inferioremente e centralizado, descrevendo o que é mostrado. Tabelas e gráficos devem ser numerados independentemente das figuras e seus títulos devem ser colocados na parte superior e centralizado. A treliça é uma estrutura composta de elementos esbeltos unidos uns aos outros por meio de rótulas em suas extremidades. Os elementos normalmente utilizados em construçõess são peças de madeira ou barras metálicas (Hibbeler, 1998). As ligações entre os elementos são geralmente formadas pelo aparafusamento ou soldagem de suas extremidades em uma placa comum, denominada placa de reforço, conforme mostra a Fig.1. O objetivo do projeto é a utilização de conhecimentos de Mecânica dos Sólidos para dimensionar uma ponte treliçada com materiais s p e c í f i c o s : Figura 1 Estrutura de telhado parafusada.

13 macarrão e colas estabelecidos no regulamento. D) MATERIAIS E MÉTODOS Elencar materiais a serem utilizados na execução do projeto. Descrever os procedimentos de forma detalhada desde a elaboração do projeto (com fundamentação teórica), o desenvolvimento e da execução do mesmo. Pode-se apresentar fotos do desenvolvimento da execução da ponte treliçada, mostrando as etapas. MATERIAIS 90 fios de macarrão Barilla nº 7 2 embalagens de Durepoxi (200g) METODOLOGIA Paraa o projeto do nosso perfil Warren de treliça, foi necessário inicialmente determinar a força desenvolvida em cada um de seus elementos quando a treliça é submetida a um carregamento conhecido. Para isso, foram consideradas duas importantes premissas: 1. Todas as cargas são aplicadas nos nós. Em muitos casos, como treliças utilizadas em pontes e telhados. 2. Os elementos são unidos nos nós através de pinos lisos. Nos casos em que as conexões são utilizadas por parafusos ou soldas, essa hipótese é satisfatória desde que os eixos geométricos sejam concorrentes, como no caso do ponto A mostrado na Fig. 2. Usamos Durepoxi paraa soldar as barras de macarrão.

14 Figura 2 Ponte E) RESULTADOS E DISCURSÕES Neste item deve-se justificar o modelo de treliça, discutindo o cálculo e o desenvolvimento do resultado do estudo da carga crítica. Pode-se ainda apresentar como resultado fotos do projeto efetivado, da ponte pronta. A treliça Warren como apresenta um apoio no banzo inferior e se mostrou a mais estável a cargas externas e segundo os cálculos numéricos a provável falha deve acontecer acima de 60N [...] Os cálculos numéricos demonstraram que a treliça Warren é de fácil construção e apresentou boa estabilidade para cargas estáticas em relação aos outros modelos analisados, por exemplo: Howe, K e Pratt [...]. F) REFERÊNCIAS As referencias devem seguir as normas da ABNT para bibliografia. HIBBELER, R. C. Estática - Mecânica para Engenharia. 10ª. ed. São Paulo: Pearson - Prentice Hall, 1998.

15 G) ANEXOS Coloque em anexo o que julgares necessário para complementar a metodologia (item D); como por exemplo, plantas em CAD, algoritmos (C++, MatLab,...), fotos da construção, etc. É importante observar os extremos, não elaborar um relatório muito sintético ou prolixo.

16 ANEXO 4 Propriedades do Macarrão Barilla N. 7 NOTA: O roteiro de cálculo deste material foi desenvolvidoo pelo Prof. Luis Alberto Segovia González (Coordenador da Competição de Espaguete da Universidade Federal do Rio Grande do Sul), Prof. Inácio Morsch, Prof. João Ricardo Masuero e os alunos Luis Henrique Bento Leal, Mário Sérgio Sbroglio Gonçalves, Bruna Guera Dalzochio, Rafael da Rocha Oliveira e Carlos Eduardo Bernades de Oliveira; editado e revisado pelo Prof. André Pereira Santana (DMM/IFMA). 1. PROPRIEDADES GERAIS Número de palitos (fios) em cada caixa (Figura 1): 500 Comprimento: 25,,4 Diâmetro médio: 1,8 Momento de inércia da seção: 5, Massa média: 1 Módulo de Elasticidade longitudinal (E): / ² Figura 1 2. RESISTÊNCIA DO MATERIAL 2.1 Barras em tração A carga de ruptura por tração para um fio de espaguete independe do comprimento do fio, e foi determinada através do ensaio de 6 corpos de prova submetidos a tração até a ruptura. A carga média de ruptura obtida nestes ensaios foi de 4,267 kgf.

17 Para encontrar o número de fios de espaguete necessário, basta dividir o Esforço Normal de tração calculado, pela resistência de cada fio: ú 4, Barras em compressão Para encontrar o número de fios necessários, consideremos que a flambagem ocorre em regime elástico linear, seguindo a equação de Euler. Os dados dos testes de flambagem foram condensados na curva de flambagemm abaixo, onde os pontos em azul representam os resultados experimentais, a curva em preto um ajuste de função potência, com coeficiente de determinação de 94%, e os pontos em amarelo os resultados para diversos índices de esbeltez, considerando-se a curva de Euler com um Módulo de Young E = kgf/cm² ou 3600 Mpa (N/mm²). Figura 2 A equação de Euller é: ² ²

18 Onde é o Esforço Normal de compressão que a barra deve suportar A é a área da seção transversal, é o índice de esbeltez da barra, é o comprimento de flambagem da barra, ρ é o raio de giração e I é o momento principal central de inércia da seção. Considerando-se que a partir de certo número de fios de espaguete, a seção transversal tende para uma seção circular, pode-se escrever: ² 4 2 e que, em barras rotuladas-rotuladas, o comprimento de flambagem é igual ao comprimento real ou distância entre nós, obtém-se: 4 ² 4 ² ² ³ Mesmo que os nós não sejam rotulados, mas rígidos com uniões coladas, a consideração anterior é conservativa pois não se pode garantir o engastamento perfeito das barras nos nós, levando a uma situação intermediária entre a considerada e a engastada-engastada. O número de fios pode ser obtido dividindo-se a área necessária pela área de cada fio. ú ² 4 ² ² ² ² ³ ² onde r é o raio de um fio de espaguete. 4 ² ³ Assim, para os dados do espaguete, a equação acima fica: ú ² ú ² para N em kgf, I e r em cm para N em N, I e r em mm

19 2.3 Curvas de Carga de Ruptura por Compressão x Comprimento da Barra, para barras formadas com diferentes números de fios de espaguete Figura 3

20 III COMPETIÇÃO DE TRELIÇA DO IFMA Aluno I: Contato: Aluno II: Contato: Equipe: Perguntas 1. Você acha que a competição de treliça ajuda aplicar os conceitos de Mecânica I? 2. A competição de Treliça deve ser obrigatória durante a disciplina? 3. Sugira alguma competição dentro do conteúdo da disciplina de Mecânica I.