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UNIVERSIDADE PAULISTA UNIP – CAMPUS ANCHIETA ENGENHARIA BÁSICA Arthur Oliveira Gato – G8732F8 Beatriz Brescanssim Jardim – T712FC9 Daniel Vieira dos Santos – R016CA0 Davi de Andrade Silva Junior - G8072A4 Eduardo Giurolo – T724EC0 Nayara Julia Soares – T747JC6 Silas Gordiano de Oliveira - R002055 ENGENHARIA BÁSICA - APS 2º Semestre– DP/AD 2024 São Paulo/SP 2024 PONTE DE MACARRÃO Atividade prática supervisionada apresentada ao corpo docente de Engenharia do ciclo básico, Campus Anchieta, como parte dos requisitos para conclusão da grade curricular do 2° Semestre. ENGENHARIA - 2º SEMESTRE PONTE DE MACARRÃO Banca Examinadora: Prof. Dra. Mirtes Mariano Instituição: Universidade Paulista (UNIP) Julgamento___________________________ Assinatura__________________________ Prof. Me. Amanda Afonso Instituição: Universidade Paulista (UNIP) Julgamento___________________________ Assinatura__________________________ Prof. Dra. Valena Hennies Lauand Instituição: Universidade Paulista (UNIP) Julgamento____________________________ Assinatura__________________________ Dedicamos este trabalho a toda equipe de mentores do curso de engenharia da UNIP, que puderam proporcionar o conhecimento e o desafio necessários para o desenvolvimento e construção deste trabalho. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 4 2. EMBASAMENTO TEÓRICO .............................................................................................. 5 2.1. TRELIÇA: ...................................................................................................................... 5 2.1.1. Estruturas Planas ..................................................................................................... 6 2.1.2. Estruturas Espaciais: ................................................................................................ 6 2.2. TIPOS DE PONTE TRELIÇADA ................................................................................. 6 2.3. DIMENSIONAMENTO DAS TRELIÇAS: .................................................................. 7 2.3.1. Método dos Nós: ...................................................................................................... 7 2.3.2. Método das Seções .................................................................................................. 7 3. MATERIAIS E FERRAMENTAS ........................................................................................ 9 4. CONSTRUÇÃO DA PONTE ............................................................................................. 10 4.1. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO: ..................................................................... 10 4.2. MONTAGEM ............................................................................................................... 10 4.2.1 Amarração dos feixes ............................................................................................. 10 4.2.3. Pré Montagem ....................................................................................................... 11 4.2.4 Montagem final ...................................................................................................... 15 5. PLANILHA DE CUSTO DO PROJETO ............................................................................ 19 6. APRESENTAÇÃO DO PROJETO ..................................................................................... 20 7. CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 22 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 23 4 1. INTRODUÇÃO Desde os primórdios da civilização, o homem buscou transpor obstáculos e conectar diferentes pontos. As primeiras pontes, rudimentares e construídas com materiais simples como troncos e pedras, marcaram o início de uma jornada que transformaria essas estruturas em símbolos de progresso e engenhosidade. Essas pontes, similares às tradicionais "pontes de vigas", possuem apoios em suas extremidades, mas se diferenciam pela presença de treliças, estruturas de aço ou madeira conectando os pontos, conferindo-lhes maior resistência. Neste trabalho, analisaremos os métodos construtivos utilizados, os desafios enfrentados pelos engenheiros e as valiosas lições aprendidas ao longo desse processo. Ao mergulharmos nesse universo de conhecimento, buscaremos não apenas demonstrar nossa expertise técnica, mas também destacar a importância da inovação e do trabalho em equipe na resolução de problemas complexos no campo da engenharia estrutural. 5 2. EMBASAMENTO TEÓRICO 2.1. TRELIÇA: As treliças são elementos fundamentais em diversos tipos de pontes. Uma estrutura composta por barras retas, geralmente de metal ou madeira, entrelaçadas em um padrão triangular preciso. Essa é a essência de uma treliça: um conjunto de elementos simples, unidos em perfeita harmonia, para criar algo extraordinário. Figura 01: Ponte com treliças Fonte: Brasil Escola Em pontes, as treliças assumem diversos papeis, desde elementos principais até componentes secundários de suporte. Nas vigas majestosas que sustentam o peso da ponte, encontramos treliças trabalhando incansavelmente para garantir a estabilidade e a segurança da estrutura. Já em torres e pilares, elas se erguem como pilares de força, distribuindo as cargas de maneira eficiente e permitindo a construção de obras cada vez mais altas e imponentes. O segredo da força das treliças reside na magia da triangulação. Cada triângulo formado pelas barras retas atua como uma unidade rígida e indeformável, distribuindo as cargas de maneira uniforme e otimizando o uso do material. Essa engenhosa geometria permite que as treliças suportem grandes pesos com uma quantidade relativamente pequena de material, resultando em estruturas leves e eficientes. Sua versatilidade permite que sejam adaptadas a diversas formas e tamanhos, atendendo às necessidades específicas de cada projeto. 6 2.1.1. Estruturas Planas Também chamada de "treliça plana", a denominação surge da característica única dessa estrutura: todos os seus elementos se encontram no mesmo plano. Essa disposição engenhosa garante à treliça uma rigidez excepcional, permitindo que ela distribua as cargas de forma uniforme e resista a grandes esforços com maestria. 2.1.2. Estruturas Espaciais: As treliças espaciais, diferentemente das treliças planas, que se limitam a um único plano, conquistam o terceiro dimensionamento, explorando o potencial da geometria para criar estruturas leves e eficientes. Sua liberdade geométrica permite a criação de formas complexas e variadas, adaptando-se às necessidades específicas de cada projeto. 2.2. TIPOS DE PONTE TRELIÇADA Conforme citado, as pontes feitas com treliças são um sistema de construção antigo que se tornou popular por seu projeto ser mais econômico que pontes feitas no método tradicional. Figura 2: Tipos diferentes de treliças Fonte: UFRJ 7 2.3. DIMENSIONAMENTO DAS TRELIÇAS: Os esforços normais nas treliças podem ser obtidos por diferentes metodologias, entre elas: Método dos Nós, Método das Seções (Método de Ritter). 2.3.1. Método dos Nós: O Método dos Nós, também conhecido como Método de Cremona, é a ferramenta para desvendar as forças que atuam nas barras das treliças. Através da análise meticulosa do equilíbrio em cada nó, essa metodologia determina com precisão os esforços nas barras, revelando os segredos da estabilidade e da resistênciada estrutura. Figura 3: Distribuição de forças pelo método dos nós Fonte: Engel, Heino,1980 2.3.2. Método das Seções O Método das Seções, também conhecido como Método de Ritter, é como um bisturi para os engenheiros desvendarem os segredos das treliças. Através da divisão estratégica da estrutura em duas partes, essa técnica permite determinar com precisão os esforços nas barras, garantindo a segurança e a confiabilidade das obras. 8 Figura 04: Treliça antes de ser separada em secções Fonte: Brasil Escola 9 3. MATERIAIS E FERRAMENTAS Segue abaixo a lista contendo os materiais e as ferramentas utilizadas durante o processo de fabricação e montagem da ponte de macarrão: Macarrão Barilla Spaghettoni n°7 (500g) - 6 unidades Pacote de elástrico (TIPO 1 e 2) - 3 unidades Araldite Profissional 23g – 6 unidades Tekbond 100g – 2 unidades Tekbond 50g – 3 unidades Cano PVC 3/4" - 1 unidades Papel Cartão - 2 unidades Bastão de cola quente – 2 unidades 10 4. CONSTRUÇÃO DA PONTE 4.1. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO: Utilizamos o AutoCad 2D para realizar o desenho da ponte e após isso realizamos suamodelagem no Software SolidWorks Figura 05: Desenho da ponte em AutoCad Fonte: Própria 4.2. MONTAGEM Decidimos separar a montagem da ponte em 3 etapas, sendo elas, amarração dos feixes, a pré-montagem e a montagem final. 4.2.1 Amarração dos feixes Para a construção da ponte, decidimos unir 15 macarrões, formando um cilindro. Nas suas extremidades, decidimos usar elásticos de cabelo para uni-los. 11 Figura 06: Feixes de macarrão amarrados Fonte: Própria 4.2.3. Pré Montagem Nos juntamos e decidimos separar a pré-montagem em 3 fases: a pré colagem e recorte, a colagem e o acabamento nas pontas. Figura 07: Mesas organizadas para a pré-montagem Fonte: Própria 12 A ideia da pré-colagem era unir os macarrões para poder tirar os elásticos e, assim, poder realizar o corte no tamanho ideal. Figura 08: Pré-colagem dos macarrões Fonte: Própria De acordo com o layout da ponte seriam 36 feixes de 173 mm e 26 feixes de 100 mm de comprimento. Fomos então realizar os cortes. Figura 09: Corte do Macarrão Fonte: Própria 13 Após o corte do macarrão nos tamanhos necessários, fomos realizar a colagem total dos feixes com cola Tekbond. Depois de passar a cola, deixamos os feixes secarem. Figura 09: Macarrões secando Fonte: Própria Após colar, fomos pesar os feixes para ter uma estimativa do peso final da ponte e, verificamos, que os feixes de 173 mm estavam pesando 13g e os feixes de 100 mm estavam pesando 8g. Com isso, fizemos os cálculos e o peso da ponte seria, por volta de 706 g, logo, teríamos pouco menos de 300 g para usarmos para unir as extremidades, o que consideramos um valor bem satisfatório. Figura 10: Pesagem dos dos feixes de 100 mm Fonte: Própria 14 Figura 11: Pesagem dos dos feixes de 173 mm Fonte: Própria Chegamos, enfim, na terceira, e última, etapa da pré-montagem: o acabamento. A ideia é fazer chanfros nas pontas dos feixes para um melhor encaixe da estrutura. Para isso, utilizamos uma retífica rotativa. Figura 12: Acabamento dos feixes Fonte: Própria Após realizada a pré-montagem, marcamos um outro dia para podermos realizar a montagem final. 15 4.2.4 Montagem final Nos reunimos então para a realização da montagem final da ponte. Para auxiliar, construímos um gabarito, em medidas reais, para usarmos como base e garantirmos o esquadro das vigas. Figura 13: Gabarito da ponte Fonte: Própria Começamos, então, a colagem dos macarrões. A cola escolhida para compor as junções foi a Araldite 90 min, por conta da sua resistência e fácil manuseio. Mas, como ela demora para secar, decidimos “pontear” as arestas com cola quente. A ideia era que a cola quente unisse as pontas enquanto a Araldite secasse. Começamos a colagem pela base e, depois, pelas laterais. Figura 14: Colagem da base Fonte: Própria 16 Figura 14: Colagem das laterais Fonte: Própria Depois dos conjuntos já ponteados e unidos parcialmente, decidimos ligá-los. Para manter o esquadro, utilizamos algumas latas. Figura 15: Unindo as partes Fonte: Própria 17 Figura 16: Partes unidas Fonte: Própria Depois do conjunto unido, instalamos os canos de pvc de ¾” com 200 mm de comprimento, conforme pede o regulamento. Como forma de termos um controle do peso final, realizamos a pesagem deles, que ficou em 74g. Figura 17: Canos PVC usados Fonte: Própria 18 Figura 17: Ponte de Macarrão finalizada Fonte: Própria Após a ponte finalizada, fomos instalar o vergalhão que serviria como base para pormos os pesos. Escolhemos uma barra roscada M6 de 150 mm de comprimento, pesando 26 g. Figura 18: Vergalhão utilizado Fonte: Própria 19 5. PLANILHA DE CUSTO DO PROJETO Material Quantidade Valor Unitário Valor Total Macarrão 2 R$ 12,99 R$ 25,98 Macarrão 4 DOAÇÃO DOAÇÃO Pacote de liguinha (TIPO 1) 1 R$ 6,49 R$ 6,49 Pacote de liguinha (TIPO 2) 2 R$ 3,50 R$ 7,00 Araldite Profissional 23g 6 R$ 18,90 R$ 113,40 Tekbond 100g 2 DOAÇÃO DOAÇÃO Tekbond 50g 3 DOAÇÃO DOAÇÃO Cano PVC 3/4" 1 R$ 4,00 R$ 4,00 Papel Cartão 2 R$ 1,50 R$ 3,00 Bastão de cola quente 2 R$ 2,00 R$ 4,00 TOTAL R$ 163,87 Nº de participantes 7 Valor p/ participante R$ 23,41 20 6. APRESENTAÇÃO DO PROJETO A apresentação do projeto foi realizada no dia 13 de maio de 2024, por volta das 20:00. A banca julgadora da APS era composta pela Profª Dra. Mirtes Mariano, Profª Me. Amanda Afonso e Profª Dra. Valena Hennies Lauand. No início da apresentação, foram feitas todas as conferências de altura, largura, espessura e peso. Após todas as conferências, e nossa ponte pesando 887,6 g, iniciamos o teste. Figura 19: Pesagem da ponte Fonte: Própria Os pesos variavam de 5kg a 20kg, e a nota máxima da avaliação seria obtida se a ponte suportasse 20kg por 10s. Iniciamos os testes com um peso de 5kg, passados os 10s a ponte resistiu e prosseguimos. Os pesos eram adicionados de 5 em 5 kg, logo passamos pelos pesos de 5kg, 10kg, 15kg e 20kg. 21 Figura 20: Teste com 20kg Fonte: Própria Após a carga de 20 kg, nos foi perguntado se gostaríamos adicionar mais carga, e nós concordamos, buscando saber com quantos kg a ponte iria sofrer a ruptura. Mas, no momento que fomos adicionar o peso de 5 kg a ponte rompeu. Figura 20: Momento da ruptura Fonte: Própri 22 7. CONCLUSÃO Ao se ver uma ponte de macarrão, não se pensa o quão difícil e trabalhoso é para construir uma, e com os participantes desse grupo não foi diferente. A princípio, as discussões a respeito do projeto envolviam a questão estética do trabalho onde procurávamos inovar de alguma forma e apresentar um protótipo resistente. Em resumo, a proposta de atividade supervisionada foi de grande valia para nossa formação acadêmica, levando em consideração toda a temática e dinamismo existentes no trabalho apresentado. Apesar dos vários contratempos, tivemos a oportunidade de colocar em prática uma série de conhecimentos sobre física ministrados em sala de aula, em especial, a segunda lei de Isaac Newton. Para além disso, o empenho do grupo durante a realização das pesquisas tornou palpável uma vasta gama de novos conhecimentos envolvidos no mundo da engenharia, onde podemos dar enfoque especial no estudo de treliças planas. 23 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Projeção: Estudo das Pontes, [S.l.], v. 7, n. 1, p. 123-136, jan./jun. 2019. ISSN 1982-5527.Disponível em: https://revista.projecao.br/index.php/Projecao4/article/view/1547. Acesso em: 25 maio 2024. FATEC. Análise do comportamento dinâmico das pontes. São Paulo: FATEC, 2020. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Disponível em: https://abnt.org.br/. Acesso em: 25 maio 2024. https://revista.projecao.br/index.php/Projecao4/article/view/1547 https://abnt.org.br/