ponte de macarrão

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO SUL DE MINAS – UNIS/MG ENGENHARIA MECÂNICA ANA CLAUDIA DOS SANTOS LEITE DEISIELLE MARGARIDA MACIEL PEREIRA EDUARDO FREITAS FERNANDES ERNON FILLIPE FERREIRA FELLIPE SEVERINO DOS SANTOS GEOVANI OLIVEIRA PALMEIRA GEREMIAS DA SILVA PIERANGELI Ponte de macarrão

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Page 1: Ponte de Macarrão

CENTRO UNIVERSITÁRIO DO SUL DE MINAS – UNIS/MG

ENGENHARIA MECÂNICA

ANA CLAUDIA DOS SANTOS LEITEDEISIELLE MARGARIDA MACIEL PEREIRA

EDUARDO FREITAS FERNANDESERNON FILLIPE FERREIRA

FELLIPE SEVERINO DOS SANTOSGEOVANI OLIVEIRA PALMEIRA

GEREMIAS DA SILVA PIERANGELI

Ponte de macarrão

Varginha – MG

2013

Page 2: Ponte de Macarrão

CENTRO UNIVERSITÁRIO DO SUL DE MINAS – UNIS/MG

ENGENHARIA MECÂNICA

Ponte de macarrão

Projeto interdisciplinar de curso

apresentado pelos alunos do curso de

engenharia mecânica do Centro

Universitário do Sul de Minas – UNIS/MG

Varginha – MG

2013

Page 3: Ponte de Macarrão

Dedicamos este projeto para

Page 4: Ponte de Macarrão

AGRADECIMENTOS

Agradecemos este trabalho .

Page 5: Ponte de Macarrão

RESUMO

Ponte é uma construção que permite interligar ao mesmo nível pontos não acessíveis

separados por obstáculos sejam eles naturais ou não. Elas são construídas para permitirem

a passagem de pessoas, carros, comboios, entre outros. As pontes são encontradas em

quase todos os lugares, uma ponte permite a passagem sobre qualquer tipo de obstáculo:

um rio, um vale, uma estrada, trilhos de trem, etc. Neste trabalho veremos os três principais

tipos de pontes, suas principais características para podermos entender como cada uma

funciona O tipo de ponte utilizado depende de varias características do obstáculo, a função

principal que controla o tipo de ponte é chamada de obstáculo. Qual é a distância de uma

ponta a outra?

Esse tipo de fatores é o principal ponto de influência na hora de determinar o tipo de

ponte a ser usada. Falaremos sobre construção de pontes em viga, pontes em arco também

em pontes suspensa. Falaremos sobre os efeitos de compressão e tração, suas

características, será abordado como se calcula as forças que as treliças sofrem.

Page 6: Ponte de Macarrão

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1..........................................................................................................................8

Figura 2.........................................................................................................................9

Figura 3.........................................................................................................................10

Figura 4.........................................................................................................................11

Figura 5.........................................................................................................................13

Figura 6.........................................................................................................................10

Figura 7.........................................................................................................................11

Figura 8.........................................................................................................................12

Figura 9.........................................................................................................................12

Figura 10.......................................................................................................................13

Figura 11.......................................................................................................................15

Figura 12.......................................................................................................................15

Figura 13.......................................................................................................................16

Page 7: Ponte de Macarrão

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO..........................................................................................7

2 PRINCÍPIOS BÁSICOS............................................................................8

2.1Pontes em vigas..........................................................................................9

2.1.1 Tipos de pontes em vigas.......................................................................10

2.1.2 Força da tesoura.....................................................................................11

2.2 Pontes em arco.........................................................................................11

2.2.1 Tipos de pontes em arco.........................................................................12

2.3 Pontes suspensa........................................................................................12

2.3.1 Tipos de pontes suspensas.......................................................................13

3 OUTROS TIPOS DE FORÇAS QUE ATUAM EM PONTES..............13

3.1 Torção........................................................................................................13

3.2 Ressonância...............................................................................................13

3.3 Clima..........................................................................................................14

4 Cálculos envolvidos na construção das pontes..........................................15

4.2 Método das secções....................................................................................16

4.2.1 Calculo envolvido nas forças de tração....................................................17

4.2.2 Calculo envolvendo forças de compressão...............................................17

5 CONCLUSÃO..............................................................................................18

REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS.........................................................19

Page 8: Ponte de Macarrão

7

1 INTRODUÇÃO

Há tempos que o homem procura superar barreiras em busca de sustento e abrigo. As

primeiras pontes que surgiram aconteceram por causa de troncos que caíram sobre os rios

de forma natural. Com isso, o homem passou a copia-las, assim surgindo às pontes, que

eram feitas de troncos de arvores. Desde a antiguidade, os povos civilizados construíram

pontes com partes de madeiras e cordas, na forma de vigas, vigas escoradas e vigas

armadas simples. Com o surgimento das ferrovias, tornaram-se necessárias grandes pontes

para suportar maiores cargas. A partir de 1900, começaram a surgir às pontes de concreto,

onde estes substituíram à madeira como material de construção.

Em 1912, surgiram às pontes em vigas, simultaneamente, as pontes em arco de concreto,

e logo após vieram as pontes suspensas que atingiram dimensões cada vez maiores.

Neste trabalho projetaremos uma ponte em arco, e avaliaremos suas características, suas

forças de tração e compressão.

Hoje em dia existem competições mundiais, onde cada uma apresenta seus critérios

visando a resistência máxima da ponte e a exatidão dos cálculos quanto ao rompimento,

com premiações de ate R$1500,00.

O presente trabalho analisa a mecânica do macarrão, definindo quantos macarrões serão

necessários em cada viga, evitando assim um superdimensionamento. Foi realizado um

teste de carga na mesma, utilizando espaguete tipo barilla 07 e colas.

A escolha do modelo de ponte em forma de arco foi por ter uma maior capacidade de

suportar cargas mais pesadas.

Page 9: Ponte de Macarrão

8

2 Princípios básicos

Há três tipos de pontes:

Pontes em viga;

Pontes em arco;

Pontes suspensas.

Figura 1: Imagem dos três tipos de pontes

Fonte: http://gigantesdomundo.blogspot.com.br/2012/04/ponte-em-arco-mais-alta-do-

mundo.html

A maior diferença entre as três é a distância que elas podem cruzar entre um suporte

e outro. Esses suportes podem ser do tipo colunas, torres ou a parede de um cânion. Uma

ponte em viga moderna consegue uma distancia de 60m entre dois suportes, enquanto uma

ponte em arco moderno consegue transpor de 240 á 300m. Uma ponte suspensa, com o

auge da tecnologia de construção de pontes, é capaz de cruzar 2100m entre um suporte e

outro.

O que permite que uma ponte em arco se estenda por maiores distancia, esta

proporcionalmente ligada com duas forças importantes; compressão e tração.

Page 10: Ponte de Macarrão

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Força de compressão; é uma força que age para comprimir ou diminuir a estrutura da

qual está agindo.

Força de tração: por sua vez, é uma força que age para expandir ou aumentar a

estrutura da qual está agindo.

Um exemplo simples que podemos analisar é quando pressionamos ou empurramos

duas extremidades de uma amola a força de compressão diminui a amola, quando puxamos

as extremidades da mesma criamos uma tração na amola onde a força de tração aumenta o

tamanho da amola.

2.1 Pontes em vigas

Uma ponte em viga é basicamente uma estrutura horizontal colocada sobre duas colunas,

uma em cada extremidade. O peso da ponte e qualquer tráfego que houver sobre ela são

suportados diretamente pelos postes. O peso vai diretamente para baixo. A força de

compressão se manifesta sobre a parte superior da plataforma (ou estrada). Isso faz com

que a porção superior da plataforma seja encolhida. O resultado da compressão sobre a

porção superior da plataforma causa tração sobre a parte inferior da plataforma. Essa tração

faz com que a porção inferior se alongue, (como mostrado na figura 1).

Figura 2: Compressão e tração em uma viga

Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/pontes2.htm

Page 11: Ponte de Macarrão

10

Em muitas pontes são usadas vigas de concreto ou aço para suportar a carga. O tamanho

da viga, e especialmente sua altura, controla a distancia que essa viga pode atingir sem

precisar de uma nova coluna. Ao aumentar a altura da viga, há mais material para dissipar

a tração utilizando as chamadas redes de apoio ou tesouras. Essas tesouras de suporte

adiciona rigidez á viga aumentando bastante sua capacidade de dissipar tanto a compressão

como tração. Assim que a viga começa a comprimir a força será dissipada por meio das

tesouras.

2.1.2 Força da tesoura

Uma única viga atravessando qualquer distancia esta sujeita á compressão e á tração.

A parte superior da viga recebe a maior parte da compressão, ao passo que a parte inferior

recebe a maior tração. Já o meio da viga quase não recebe nenhuma compressão ou tração.

Imagine um dos lados de uma ponte trelisada (com tesoura) como se fosse uma única

viga, o centro da viga é composto pelos membros diagonais da tesoura, ao passo que as

partes superiores e inferiores da tesoura representam as partes superiores e inferiores da

viga. Para uma tesoura dessa maneira, é possível perceber que as partes possuem mais

material do que no centro. Uma tesoura tem a capacidade de dissipar uma carga por meio

de suas trelias, que costuma ser uma variação de um triângulo criando uma estrutura mais

rígida e que transfere a carga de um único ponto para uma área consideravelmente maior.

2.2 Pontes em arco

Uma ponte em arco é uma estrutura semicircular com suportes em cada uma das

extremidades, o semicírculo desvia naturalmente o peso da ponte para os suportes. Pontes

em arco vivem sujeitas á força de compressão, essa força é empurrada para fora pela curva

do arco em direção ás pilastras (figura 7).

Figura 3: Compressão no arco

Page 12: Ponte de Macarrão

11

Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/pontes5.htm

A tração em um arco não é importante e pode ser descartada. A curva natural do arco

e sua capacidade de dissipar a força para fora reduzem em muito os efeitos de tração sobre

a parte de baixo do arco. Quanto maior for o grau de curvatura (quanto maior o semicírculo

do arco), no entanto, maiores serão os efeitos da tração na parte de baixo. O formato do

arco por si só é tudo o que é necessário para dissipar de maneira eficaz o peso do centro em

direção ás pilastras. Assim com em pontes em viga, os limites de tamanho eventualmente

ultrapassarão a capacidade natural do arco.

2.3 Pontes suspensa

É aquela em que cabos (cordas ou correntes), são pendurados sobre o rio (ou qualquer

outro obstáculo) e a plataforma fica suspensa nesses cabos. A ponte suspensa modernas

tem duas torres altas nas quais os cabos são pendurados, assim são as torres que sustentam

a maior parte do peso da plataforma.

A força de compressão é exercida para baixo sobre a plataforma da ponte suspensa,

mas como é uma plataforma suspensa, os cabos transferem a compressão para as torres,

que dissipam essa força diretamente sobre o solo em que estão fixadas.

Page 13: Ponte de Macarrão

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Os cabos de sustentação, indo em direção de um ancoradouro ao outro lado, são eles

que aguentam as forças de tração. Os cabos são literalmente esticados para suportar o peso

da ponte e do seu trafego. Os ancoradouros também estão sobre tracão, mais já que eles,

assim como as torres, estão presos com firmeza no solo, a tração que eles sofrem acaba

sendo dissipada. Veja alguns exemplos:

Figura 4: Tração e compressão na ponte suspensa.

Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/pontes7.htm

Quase toda a ponte suspensa tem, alem dos cabos, um sistema de tesoura de

sustentação sob a plataforma (uma tesoura de plataforma), isso ajuda a enrijecer a

plataforma e a reduzir a tendência da via de oscilar e se movimentar.

4 Cálculos envolvidos na construção das pontes

Uma maneira de compreender melhor o comportamento de sistemas estruturais pode

ser feita através da observação de modelos reduzidos de estruturas. Um sistema estrutural

bastante utilizado na engenharia são as chamadas treliças. Uma treliça é uma estrutura

reticulada que tem todas as ligações entre barras articuladas, à figura 5 mostra uma treliça

plana com suas cargas e reações. Na analise de uma treliça as cargas atuantes são

transferidas para seus nós, a consequência disso em um conjunto de hipótese de ligações

Page 14: Ponte de Macarrão

13

articuladas, é que uma treliça representa apenas esforços axiais (esforços normais de tração

e compressão).

Figura 5: Cálculo de treliça.

Fonte: http://dc431.4shared.com/doc/BSZoVZaH/preview.html

O cálculo de treliça pode ser feito utilizando dois métodos:

Método das seções

Método dos nós

Consideramos um peso de 30Kg aplicado no meio da estrutura que equivalem a 0,3KN no sentido y negativo. Para obter- se o equilíbrio, o somatório das forças tem de ser igual a zero. Para as reações nos apoios, utilizamos o equilíbrio das forças aplicadas em x, y e os momentos. Temos:

Page 15: Ponte de Macarrão

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ΣFx=0 H1=0

ΣFM1=0 R3*1-0,3*0,5=0 R3=0,15KN

ΣFy=0 R1-0,3+R3=0 R1=0,15KN

4.2 Método dos nós:

É feito um corte na treliça e desta forma analisamos as forças que agem no nó, conforme mostrado na figura.

Nó 1 = Nó 3 ∴ R1,4 ΣFx=0 ΣFy=0

45˚ R1,2 +R1,4 *cos45=0 0,15+R1,4*sen45=0

A R1,2 R 1,2= 0,15 KN R1,4=-0,15/sen45

0,15KN R1,4= -0,21 KN

OBS.:

Este método pode ser utilizado em determinadas secções para se definir todas as forças

que agem internamente em cada barra.

4.2.1 Cálculo envolvido nas forças de tração

Para barras submetidas á tração utilizamos a seguinte equação:

Número de fios = CARGA(N) 1

42,67(N)

Page 16: Ponte de Macarrão

15

Assim definimos quantas treliças deve conter na barra. Então como vimos no exemplo à

barra 1,2 sofre uma carga de 0,1KN (tração).

Número de fios = 100N = 2,34fios

42,67 2

É claro que é inviável utilizar 2,34 fios, então para isso utiliza-se um número mínimo de

treliça para manter a estabilidade da ponte, este número fica critério da distância de uma

ponta da ponte a outra, quanto maior for à ponte maior será o número mnimo de treliças

entre as barras.

4.2.2 Cálculo envolvendo forças de compressão.

Para barras submetidas á compressão utilizaremos a seguinte equação:

3

Onde:

L = comprimento da barra

R = raio da treliça mm (fio no caso da estrutura reduzida)

No exemplo temos a barra 1,4 suporta uma carga de -100N (compressão) e seu

comprimento é de 220mm, logo podemos calcular:

4

Page 17: Ponte de Macarrão

16

FTOOL

O software utilizado na construção do projeto é o Ftool, nele você estará desenha em duas

dimensões.

Também é possível resolver vigas, quadros, treliças e outras estruturas. O

cálculo de diagramas de esforços internos, muito utilizado nas disciplinas de mecânica e

análise estrutural e também na vida prática do Engenheiro, pode ser realizado através do

FTOOL.

5 CONCLUSÃO

O uso de pontes na sociedade moderna é indispensável, pois grande parte do

desenvolvimento econômico e social de uma região depende de uma boa infraestrutura

rodoviária para o escoamento de bens de consumo e transporte de produtos comerciais, por

isso o uso e bom conhecimento das técnicas de planejamento na execução de pontes devem

ser cuidadosamente estudados antes de iniciar o projeto.

Conclui-se que o uso das pontes independente de qual modelo, ou maneira adotada na

execução do projeto, primeiramente devem-se analisar as condições tanto físicas, quanto

climáticas do local onde será implementada a construção de uma determinada ponte, alem

dos conhecimentos e técnicas de desenvolvimento na execução do projeto.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Page 18: Ponte de Macarrão

17

Como tudo funciona ,2012.

Disponibilizado em:<http://ciencia.hsw.uol.com.br/pontes.htm>.

Acesso em: 25 de setembro de 2012.

Wikipédia, a enciclopédia livre.

Disponibilizado em:<http://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte>.

Acesso em :02 de outubro de 2012.

A COMPANHIA BRASILEIRA DE TRENS URBANOS (CBTU) INSTRUÇÃO

TÉCNICA DE SERVIÇOS DE INFRAESTRUTURA. Curso de elaboração de pontes e

viadutos á distancia, 2005.

BERNET, ELDER CONSTRUÇÃO DE PONTES DE MACARRÃO, trabalho

apresentado pelo professor de mecânica da Universidade Federal de São Carlos, SP. 2000.

O’CONNOR, COLIN. PONTES: SUPERESTRUTURAS. Rio de Janeiro: Livros

Técnicos e Científicos, 1975.