RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA PIBIC : CNPq, CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PARD, PIAD, PIBIT, PADRC E FAPESPA Período : 02/2015 a 08/20015 ( ) PARCIAL ( x ) FINAL RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto de Pesquisa (ao qual está vinculado o Plano de Trabalho ): DESENVOLVIMENTO DE MODELOS DIDÁTICOS PARA AS DISCIPLINAS DA ÁREA DE ESTRUTURAS Nome do Orientador: Prof. AARÃO FERREIRA LIMA NETO Titulação do Orientador: D. Sc. Faculdade : ENGENHARIA CIVIL Instituto/Núcleo:: CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ Laboratório: LAEM LABORATÓRIO DE ANÁLISE DE ESTRUTURAS E MATERIAIS Título do Plano de Trabalho : FINALIZAÇÃO DO DESENVOLVIMENTO DE MMODELOS DIDÁTICOS EXPERIENTAIS. Nome do Bolsista: JÁDER ROSA DOMINGUES Tipo de Bolsa : ( x ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq AF ( )PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador ( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA AF ( ) PIBIC/ INTERIOR ( )PIBIC/PARD ( ) PIBIC/PADRC ( ) PIBIC/FAPESPA 1

2 ( ) PIBIC/ PIAD ( ) PIBIC/PIBIT RESUMO DO RELATÓRIO ANTERIOR (Alunos com bolsa renovadas). Este é o primeiro relatório final. INTRODUÇÃO As áreas de resistência dos materiais e teoria das estruturas são importantes para o desenvolvimento de conceitos a serem absorvidos pelos alunos do curso de engenharia civil, pois nela serão discutidos alguns aspectos de suma importância na formação do conhecimento de disciplinas futuras durante o curso, principalmente da área de estruturas. Apesar dos novos recursos existentes, empregados em salas de aula na tentativa de prender a atenção dos alunos e melhorar o entendimento dos mesmos, as disciplinas dessa área acabam sendo muito teóricas, dificultando a percepção dos efeitos físicos e grandezas existentes. Visando isso, esse projeto tem por finalidade ajudar os professores dessas disciplinas a terem aulas mais dinâmicas e práticas. Empregando para isso, em sua maior parte, materiais descartados nas salas de aula, nos laboratórios da Faculdade de Engenharia Civil e em obras executadas dentro do campus. JUSTIFICATIVA Observa-se já de algum tempo que na maioria das turmas do curso de Engenharia Civil, do CAMTUC-UFPA, que um grande número de alunos apresentam dificuldade em visualizar e compreender muitos conceitos que são abordados em sala de aula e que são de suma importância para o entendimento de novos assuntos a serem abordados em disciplinas futuras, principalmente da área de estruturas. Essa limitação conceitual pode ser em virtude de dificuldades adquiridas ainda no ensino médio, quando as matérias de física, química e matemática são ministradas apenas com um intuito momentâneo e abstrato, sem leva-lo a ter um pensamento reflexivo a cerca do conhecimento adquirido. Baseado nisso, e também na observação de que a Universidade Federal do Rio de Janeiro, Universidade de Juiz de Fora e também a Universidade Católica de Brasília desenvolveram excelente experimentos que podem ser aplicados no ensino da resistência dos materiais e, tais aplicações, demonstraram ser de excelente valia, sendo assim tem-se como objetivo aplicar experimentos na área da resistência dos materiais na UFPA campus de Tucuruí. OBJETIVOS O objetivo da pesquisa e desenvolver experimentos, utilizando em sua maioria materiais descartados, que mostrem de uma forma clara os principais conceitos utilizados nas disciplinas de resistência dos materiais e teoria das estruturas. Alguns experimentos serão apenas expositivos e outros feitos com o intuito de fazer os alunos aplicarem os conhecimentos que foram apresentados em sala de aula. 2

3 MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente é foi realizado um estudo sobre os conceitos a poderiam ser bem representado em modelos didáticos, possibilitando um melhor entendimento do assunto. Após a determinação dos principais conceitos, foi feito uma tiragem dos modelos mais importantes e representativos. Em seguida os modelos foram idealizados de forma digital, possibilitando diversas vistas e melhorando o planejamento da construção dos mesmos. Para a confecção dos experimentos estão sendo usados inicialmente programas comerciais, como o AutoCAD e o Corel Draw, para desenvolver os modelos computacionais com dimensões proporcionais que possibilitem visualizar a viabilidade de cada modelo, assim como auxiliar no corte e montagem dos elementos. Após observar sua viabilidade, tais experimentos são construídos utilizando materiais que seriam descartados, como sobras de construções, compensados usados para embalar máquinas de laboratórios, colchões velhos, réguas e canudos. Sendo assim, foi realizada a coleta e triagem destes materiais e por fim, de forma planejada, a montagem e pintura dos modelos escolhidos. Finalmente, com a montagem dos modelos didáticos, os mesmos foram levados e apresentados para os alunos que estavam cursando as disciplinas de resistência dos materiais e teoria das estruturas. Assim, seguido de uma breve explicação da finalidade de cada experimento, os alunos puderam testar os modelos, empregando os conceitos anteriormente estudados em sala de aula. RESULTADOS Nessa última fase do desenvolvimento da pesquisa, o foco foi manter a fidelidade no desenvolvimento de modelos experimentais para aplicação nas disciplinas de resistência dos materiais e melhorar alguns experimentos iniciais. Foi reconstruído o experimento que tinha como função mostrar a deformação de barras sujeitas a forças axiais. Este modelo experimental, mostrado na figura 1, representa a deformação com barras de extremidades livres, engastadas e também de barras juntas sujeitas a ação de cisalhamento entre as fibras longitudinais de uma fica fletida. Tal experimento é constituído de madeira oriunda de uma antiga estrutura de telhado, que se localizava no laboratório de engenharia civil, e as barras, que representam os diferentes tipos de deformação, são constituídas de réguas de acrílico. 3

4 Figura 1: Vista isométrica da estrutura que recebe as barras; Vista superficial da estrutura com uuma barra; (c) Vista lateral do experimento sofrendo deformaçao na barra com as duas extremidades engastadas; (d) Vista lateral do experimento sofrendo deformação em suas barras livres nas extremidades; (e) Vista lateral do experimento com um prego impedindo a deformação das barras de forma independende. (c) (d) (e) Foi confeccionado, a partir de colchões velhos, oriundos de descarte do Exército. Representando um pilar e uma viga, tais modelos, mostrados na figura 2 e 3, demostram as deformações sofridas por uma estrutura ao ser submetida a esforços de torção, tração e compressão. Para ambos, ao sofrer esforços de tração, é possível observar o encurtamento da seção transversal e o alongamento do comprimento longitudinal. Para os esforços de compressão observa-se o contrário do efeito anterior. As linhas laterais ajudam na observação e entendimento do comportamento do modelo a cada diferente tipo de solicitação. Nos pontos próximos aos apoios observa-se deformações maiores, conforme esperado, de acordo com o princípio de Saint-Venant. 4

5 Figura 2: Pilar de espuma com extremidade de madeira. Figura 3: Viga de esponja; Viga de esponja sofrendo torção. A figura 4 mostra uma estrutura treliçada feita com canudos ligados internamente por ligas de borracha. Tal estrutura tem a finalidade de mostrar como uma estrutura treliçada se comporta ao sofrer esforços como de tração e compressão, devido a ação de forças externas. É possível observar, em treliças sofrendo tração, o alongamento das ligas internas, já nas que sofrem compressão, é possível observa-las sofrendo uma tendência de comprimir o canudo. Figura 4: e Estrutura treliçada de canudos. Nas figuras 5 e 6 observa-se a apresentação de modelos experimentais que foram montados para serem semelhante a pórticos, tanto em aparência quanto no comportamento. Tais pórticos possuem uniões de segundo e terceiro gênero, dependendo da utilização, feitas a partir de madeira e suas barras representadas por réguas. Quando tal estrutura sofre ação de 5

6 uma força externa, é possível observar as barras sofrendo deformação e suas uniões deslocamento. Figura 5: Póstico com uniões de terceiro gênero; Pórtico com uniôes de terceiro gênero sofrendo deslocamento e suas barras sofrendo deformação. Figura 6: Pórtico com uniões de segundo gênero; Pórtico com uniões de segundo gênero sofrendo deslocamento e suas barras sofrendo deformação. O experimento mostrado na figura 7 representa o comportamento de colunas sujeitas a flambagem lateral. Tentam simular a deformação de barras quando sujeitas a uma solicitação de compressão, e demostram que esse deslocamento lateral varia de acordo com a condição de contorno que é aplicado nas extremidades das barras. Estas barras são fixadas nas suas extremidades por peças de madeira que possuem livre deslocamento horizontal na barra de ferro. Tais junções são de primeiro ou segundo gênero, dependendo do objetivo da demonstração. As barras são de réguas de acrílico com mesma comprimento e seção transversal. 6

7 Figura 7: Barra sendo deformada com junçõe de segundo gênero; Barra sendo deformada com uma junção de terceiro e outra de segundo gênero; (c) Barra sendo deformada com duas junções de terceiro gênero. (c) PUBLICAÇÕES: Durante o desenvolvimento deste trabalho publicou-se um artigo no COBENGE (Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia), no ano de 2014 (Domingues, J. R. ; Lopes, A. P. ; Lima Neto, A. F.. Aplicação de Modelos Didáticos Para Melhoria do Aprendizado nas Disciplinas de Resistência dos Materiais. In: COBENGE 2014, 2014, Juiz de Fora - MG. COBENGE 2014, 2014.). Pretende-se publicar mais um artigo em revista da área de ensino de engenharia com os resultados observados na fase final do trabalho. CONCLUSÃO: Ao longo deste projeto, foi observado o quanto é importante desenvolver modelos didáticos, não só na área de resistência dos materiais, pois trabalhando com algo palpável possibilita ao aluno visualizar melhor os efeitos físicos e o comportamento dos materiais diante da aplicação de esforços e tirar as suas próprias conclusões a cerca de cada assunto abordado. Os resultados até o presente momento tem sido satisfatório, pois há a expectativa de que este projeto ajude a melhorar o entendimento dos discentes em relação a algumas disciplinas do curso de Engenharia Civil do Campus Universitário de Tucuruí. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS TVRZSKÁ DE GOUVÊA, M. A necessidade por busca de práticas docentes que visem à autonomia educacional. A importância da realização de experimentos para a construção de conceitos na formação de um engenheiro autônomo, Brasília, p. 2-3, MORAES, M. C.. O perfil do engenheiro dos novos tempos e as novas pautas educacionais. Formação do Engenheiro; desafios da atuação docente e tendências curriculares. 01ed. Florianópolis: editora da UFSC, v. 01, p , FERREIRA, R. C; SANTOS, W. M. S.; DIAS, P. M. C. Construção do conceito de momento de uma força a partir de experimentos relacionados ao cotidiano. Rio de Janeiro,

8 AGOSTINI, B. M.; ALMEIDA, M. C. F. Desenvolvimento de equipamentos de apoio didático-experimental para o acervo do lademe. [S.L] [21-] SANTOS, J. A. Sobre a concepção, o projeto, a execução e a utilização de modelos físicos qualitativos na engenharia de estruturas f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, DIFICULDADES As dificuldades apareceram na obtenção dos materiais e também na formulação de experimentos que conseguissem abordar os pontos principais em que se focam as problemas de aprendizado dos alunos. Mas com as análises necessárias, conseguiu-se sanar estas deficiências. PARECER DO ORIENTADOR: Manifestação do orientador sobre o desenvolvimento das atividades do aluno e justificativa do pedido de renovação, se for o caso. DATA : 10/09/2015 INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Em caso de aluno concluinte, informar o destino do mesmo após a graduação. Informar também em caso de alunos que seguem para pós-graduação, o nome do curso e da instituição. 8

9 FICHA DE AVALIAÇÃO DE RELATÓRIO DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA O AVALIADOR DEVE COMENTAR, DE FORMA RESUMIDA, OS SEGUINTES ASPECTOS DO RELATÓRIO : 1. O projeto vem se desenvolvendo segundo a proposta aprovada? Se ocorreram mudanças significativas, elas foram justificadas? 2. A metodologia está de acordo com o Plano de Trabalho? 3. Os resultados obtidos até o presente são relevantes e estão de acordo com os objetivos propostos? 4. O plano de atividades originou publicações com a participação do bolsista? Comentar sobre a qualidade e a quantidade da publicação. Caso não tenha sido gerada nenhuma, os resultados obtidos são recomendados para publicação? Em que tipo de veículo? 5. Comente outros aspectos que considera relevantes no relatório 6. Parecer Final: Aprovado ( ) Aprovado com restrições ( Reprovado ( ) ) (especificar se são mandatórias ou recomendações) 7. Qualidade do relatório apresentado: (nota 0 a 5) Atribuir conceito ao relatório do bolsista considerando a proposta de plano, o desenvolvimento das atividades, os resultados obtidos e a apresentação do relatório. Data : / /. Assinatura do Avaliador 9