O Relatório Estática Ponte de Macarrão

INTRODUÇÃO[pic 1]

        O campeonato de pontes de treliça de macarrão tem como objetivo principal a aplicação e desenvolvimento dos conteúdos teóricos vistos em sala de aula. A competição une várias equipes, que concorrem entre si, com a meta de suportar a maior carga com sua respectiva ponte produzida integralmente de macarrão de número 7 ou 8, ligados com cola quente, e com objetivo mínimo de suportar 4 kg de carregamento, seguindo restritamente os regulamentos e restrições dados.

        O presente relatório traz os resultados dos ensaios mecânicos feitos para a verificação das propriedades dos corpos de prova necessárias (tração e compressão) para um estudo detalhado do tipo mais apropriado de macarrão, visando atingir os melhores resultados possíveis, assim como apresenta o conteúdo teórico fundamental para a projeção e confecção da ponte, mostrando conceitos indispensáveis para a melhor compreensão da análise feita.

Logo, esse exibe um exame detalhado de cada estrutura disponível, explicitando sua geometria, e discutindo a melhor escolha para o projeto inicial da ponte, expondo os métodos de cálculo utilizados para definir quais valores de tração ou compressão serão sofridos por cada haste e para dimensionar a ponte de forma que satisfaça tais valores citados anteriormente.

1. Objetivo geral

Estudo detalhado sobe estruturas treliçadas com o foco maior em pontes construídas a partir das mesmas.

1. Objetivo Específico

Determinar o tipo de ponte e/ou conjuntos de treliças que formará a ponte para a competição de macarrão.

1. ENSAIOS MECÂNICOS

Utilizando hastes formadas por fios de macarrão, figura 1, foram realizados testes de tração e compressão, com o objetivo de aferir a quantidade de fios de macarrão que seriam empregados em cada componente da ponte, e até mesmo ajudar na escolha de qual tipo de treliça a ser utilizado. Já que não possuíamos acesso a maquinas para realizar os testes, recorremos a equipamentos caseiros para realizar estes ensaios, figuras 2 e 3.

Dessa maneira, adquirimos os seguintes resultados para tração, apresentados nos [pic 2][pic 3][pic 4]

gráficos  1, 2 e 3:[pic 5]

[pic 6][pic 7][pic 8]

Gráfico 1 - Tração para hastes de 5 cm com seus respectivos agrupamentos de 5, 7 e 10 fios, assim como suas marcas.

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Gráfico 2 - Tração para hastes de 5 cm com seus respectivos agrupamentos de 5, 7 e 10 fios, assim como suas marcas.

[pic 10]

Gráfico 3 - Tração para hastes de 5 cm com seus respectivos agrupamentos de 5, 7 e 10 fios, assim como suas marcas.

Do mesmo modo, para compressão, nos gráficos 4, 5 e 6:

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Gráfico 4 – Compressão para hastes de 5 cm com seus respectivos agrupamentos de 5, 7 e 10 fios, assim como suas marcas.

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Gráfico 5 - Compressão para hastes de 10 cm com seus respectivos agrupamentos de 5, 7 e 10 fios, assim como suas marcas.

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Gráfico 6 - Compressão para hastes de 10 cm com seus respectivos agrupamentos de 5, 7 e 10 fios, assim como suas marcas.

Pela análise de tração o macarrão da marca Adria será o mais promissor, visto que, detêm os melhores resultados para todos os comprimentos e agrupamentos dos fios. Já os testes de compressão todos tiveram um desempenho próximo. Desse modo, iremos utilizar o macarrão espaguete Adria Grano Duro para construção de nossa ponte.

1. PROJETO INICIAL DAS TRELIÇAS

1. Introdução

Treliça é um tipo importante de engenharia de estrutura. Uma treliça consiste de membros retos conectados entre si por nós articulados com a finalidade de aperfeiçoar resistência a um conjunto de forças externas e reações que, de forma simplificada, são aplicadas nesses mesmos nós. As forças resultantes nos vários elementos das estruturas são de tração ou compressão devido ao fato de todas as articulações serem tratados como rotulados (livre de rotação) e também, como foi mencionado anteriormente, pelo fato de forças externas e reações serem aplicadas nos nós.

O uso da treliça possibilita uma solução prática e econômica para muitas situações da engenharia por causa do seu vasto campo de aplicações, algumas dessas são: estruturas de cobertura (desde vãos pequenos e médios, até de grandes estágios, e estações metroviárias), torres, guindastes, assim como em pontes rodoviárias e metroviárias.  

A ponte treliçada é um tipo de ponte que o principal elemento usado é uma treliça, onde essas são conectadas em forma triangulares, o que lhe confere uma estrutura muito rígida, além de transferir o peso de um ponto pra uma área muito maior. A estrutura da ponte, feita de barras de metal ou de madeira, se estende de uma extremidade à outra, o que lhe garante mais força que uma ponte de viga simples.

A partir de um primeiro protótipo de ponte treliçada, engenheiros experimentaram diferentes formas de treliças, tentando encontrar o melhor formato e aquele que irá se adequar ao seu problema particular. Por isso, hoje existem várias formas de pontes treliçadas. Essas podem ter um tabuleiro superior (deck truss) – figura 3, tabuleiro central (troughtruss) – figura 4, ou inferior à treliça. Se os lados da treliça se estendem para uma parte mais alta que o tabuleiro, mas não são conectadas, essas são chamadas de treliça ponytruss ou half-throughtruss, figura 5.

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Alguns tipos de pontes treliçadas são:

• Prattt – Tem membros verticais e diagonais que declinam para baixo na direção do centro. Essa é uma variante comumente usada para pontes de ferrovias.
• Howe – Tem componentes verticais e diagonais que declinam para cima em direção do centro.
• K – Tem um membro vertical e dois membros oblíquos em cada painel (o qual forma uma letra “K”).
• Baltimore – Feito como a treliça Pratt,  mas tem suporte adicional na seção mais baixa da treliça para prevenir flambagem nos membros em compressão.
• Warren – Tem membros longitudinais conectados apenas por travessas angulares formando triângulos equiláteros. É relativamente leve, mas forte e econômica.
• Allan – Pony truss baseada na Howe. A primeira desse tipo foi acabada em agosto de 1894.
• Bollman – Uma treliça feita unicamente de metal com vários elementos de tração independentes, que resulta em uma ponte forte e fácil de ser montada.
• Burrarch– Uma combinação de um arco e uma treliça que se transforma em uma ponte forte e rígida.
• Parker – Uma variante da Pratt que tem uma corda superior poligonal. Se acorde tiver exatamente cinco, é chamado de camelback.
• Lenticular – Usa uma treliça na forma de lente, o qual tem uma curva superior e outra inferior e elementos diagonais entre eles.
• Vierendel – Tem membros que não são triangulares, mas retangulares. São raras as pontes feitas dessa variante, pois não são baratas.

Para esta edição da competição das pontes será permitido o uso dos quatro primeiros tipos de treliças citados acima, ou seja, os tipos de treliça: Pratt, Howe, K e Baltimore.

As treliças do tipo Pratt e Howe são bastante similares. De fato, a única diferença é a direção que os membros estão inclinados, isso muda quais membros estão sendo comprimidos e tracionados. Na treliça Pratt, os membros na vertical estão sobre compressão. No entanto, na treliça Howe, são os membros inclinados que estão sendo comprimidos. As treliças do tipo Pratt e Howe também diferem na maneira que distribuem a carga para a parte superior e inferior da treliça. Pratt tem maiores forças nos membros superiores que a Howe.