CONCURSO DA PONTE DE MACARRÃO 2016 – COLÉGIO RAÍZES

1. Público Alvo Estudantes do ensino médio do Colégio Raízes.

2. Objetivos

Construção uma ponte treliçada de macarrão. Execução de teste de ruptura através a aplicação de carga. O objetivo principal do trabalho proposto é motivar nos alunos o

desenvolvimento de habilidades que lhes permitam:

Aplicar conhecimentos básicos de Mecânica - Estática para resolver problemas de Engenharia.

Utilizar softwares para resolver problemas de Engenharia.

Projetar sistemas estruturais simples.

Trabalhar em grupo para executar seus projetos.

3. Introdução As pontes fazem parte do cotidiano do ser humano desde a

antiguidade. Sua ampla utilização deve-se a necessidade de transpor barreiras,

muitas vezes naturais, como riachos, rios, baías, penhascos entre tantas outras aplicações.

Figura 1: Ponte de Beipanjiang é a mais alta ponte ferroviária do mundo, com 275 metros de altura. Crédito: gigantesdomundo.blogspot.com.br

Entender como tais obras superam o tempo e se mantém resistentes e fortes para continuar a atender nossas necessidades é parte do conhecimento que envolve a área da engenharia.

Quando há a necessidade de se projetar uma ponte, uma série de conhecimentos físicos e matemáticos é colocado à prova. Sendo assim devemos despertar o interesse do corpo de estudantes para estas áreas através da confecção de uma ponte de macarrão que guarde semelhança com as pontes reais, promovendo assim uma aproximação com o trabalho dos engenheiros através de uma atividade similar ao projeto de pontes.

Figura 2: Um exemplar de uma ponte de macarrão. Crédito: drammengenharia.blogspot.com.br

A seguir fornecemos as orientações necessárias e algumas dicas para a confecção de uma ponte de macarrão.

4. Sobre o Concurso da Ponte de Macarrão Com base em experiências didáticas similares relatadas em várias

instituições de ensino, o concurso da ponte de macarrão foi proposto pela primeira vez aos estudantes do Colégio Raízes no ano de 2014.

É um trabalho prático atrelado à disciplina de Física e consiste na análise, o projeto, a construção e o ensaio destrutivo de uma ponte treliçada de macarrão.

Uma ponte de macarrão é uma estrutura feita apenas de macarrão e cola e deve atender a um conjunto de regras estabelecidas.

Os fios de macarrão formam estruturas chamadas vigas e travessas, unidas por cola em pontos chamados nós.

É um projeto que visa entender como se dá distribuição uniforme de cargas sobre uma treliça, simulando os cálculos necessários para que cada elemento da ponte possa resistir às forças de tração e compressão durante o teste de carga.

Embora seja um modelo, sabe-se que não se constrói tal empreendimento sem que se testem modelos. Assim uma ponte de macarrão pode expressar um modelo para uma ponte real.

5. Calendário

De 17 a 23/06/2016 – inscrição dos grupos na secretaria, fornecendo os dados requeridos na ficha de inscrição.

08/08/2016 – Medição prévia da massa (pesagem) e das dimensões da ponte.

15/08/2016 – Entrega da ponte em saco plástico transparente e acondicionada em uma caixa de papelão. Das 09h30 até às 12h00 e de 14h30 até 16h00. Não serão recebidas pontes sem estas embalagens.

19/08/2016 – Teste de carga e ruptura. Os relatórios devem ser entregues até o horário do teste de ruptura.

6. Regras do Concurso

6.1. Disposições gerais:

a) Cada grupo poderá participar com apenas uma ponte. b) A ponte deverá ser elaborada por grupos de 2 até 3 integrantes. c) Antes da realização dos testes de carga das pontes, cada grupo deverá

apresentar uma estimativa do valor da carga de colapso de sua ponte e uma lista das colas utilizadas na sua construção.

d) Os grupos participantes entregarão um relatório da atividade de construção da ponte na data mencionada acima. O modelo é sugerido no item 9 deste regulamento.

e) Na semana anterior à realização dos testes de carga das pontes, será constituída uma comissão de fiscalização presidida pelo (s) professor (es) da (s) turma (s) participante (s) da competição e formada por alunos desta (s) turma (s). Esta comissão estará encarregada de verificar se as pontes se adequam às prescrições do regulamento da competição.

6.2. Normas para a construção da ponte:

a) A ponte deverá ser indivisível, de tal forma que partes móveis ou

encaixáveis não serão admitidas. b) A ponte deverá ser construída utilizando apenas massa do tipo

espaguete número 7 da marca Barilla, grano duro ou outra semelhante de mesma numeração. Cola do tipo resina (exemplos de marcas: Araldite, Poxipol, Colamix, etc.) e colas epóxi do tipo massa (exemplos de marcas: Durepoxi, Polyepox, Poxibonder, etc.). Será admitida também a utilização de cola quente em pistola para a união das barras nos nós.

c) Outros tipos de cola poderão ser admitidos se submetidos previamente à consideração do (s) professor (es) da (s) turma (s) participante (s) da competição.

d) Não use cola escolar (tipo cola “tenaz”) pois contém certa quantidade de água que compromete a integridade dos fios do macarrão.

e) A ponte não poderá ter metais ou madeiras como apoio ou outros, apenas macarrão e cola.

f) A massa da ponte não pode ser inferior a 500 gramas e superior a 750 gramas.

g) Suas dimensões devem seguir o esquema abaixo:

Comprimento 60 cm (C)

Largura 15 cm (L)

Espessura máxima 3,75 cm (E)

C

E

L

h) As dimensões citadas no acima, são para a base. A altura da ponte fica

por conta dos projetistas. i) O ponto de carga será a região central da base da ponte. j) Não haverá uso de apoios para a ponte. k) A ponte deverá manter o equilíbrio estático em todas as direções antes e

durante o teste de ruptura até que alguma parte se rompa ou toda ela. l) A ponte não poderá ser pintada ou envernizada. m) Não utilize fita adesiva para fixar partes ou o todo da ponte. n) A ponte deve ser capaz de vencer um vão livre de 50 cm. o) O trabalho deverá ser realizado em grupo, sendo cada grupo formado

por 2 a 3 alunos.

7. Materiais e ferramentas O macarrão: Deve ser homogêneo, sem falhas, reto, não integral e sem ovos. Indicamos o de “grano duro” (marca Barilla, nº7). Separar os fios tortos

e utilizar os fios retos. A cola: A que tem melhor resultado é a resina epóxi, tipo Araldite, do tipo 24h

para secar. Somente após 4h dá para movimentar a parte colada. Precisa tempo.

O tipo Araldite 2h também dá bom resultado, mas seca rapidamente e em cinco minutos não dá mais para usar.

Massa epóxi é mais difícil de trabalhar, não dá bom resultado, além de sobrecarregar a ponte, logo se deve evitar.

As ferramentas Para a confecção da ponte, algumas ferramentas podem ser utilizadas

como, por exemplo, serrinha, lixas (de unha ou de madeira), esquadros, transferidores, nível, réguas e trena.

8. Procedimentos

Uma ponte deve ter um bom projeto e também uma boa fabricação,

para tanto é necessário:

Seguir estritamente os prazos estipulados no calendário do concurso.

Escolher uma geometria da ponte adequada aos critérios solicitados.

Fazer os cálculos ou utilizar um programa de computador que permita a realização desses cálculos.

Escolha um modelo de projeto onde a estrutura de apoio seja na parte inferior da ponte.

Planejar todas as etapas de elaboração da ponte.

Simular os testes em programas de computador.

Confeccionar os elementos da ponte e cortá-los de acordo com as dimensões adequadas (conforme o simulado pelo grupo).

Fazer a união dos elementos com a cola escolhida.

Garantir que a ponte mantenha o equilíbrio estático, ou seja, mantenha-se alinhada e em nível nos 3 eixos (x, y e z).

Corrigir eventuais falhas de confecção que venham a comprometer seu projeto.

Efetuar a medida da massa da ponte, para garantir que esteja adequada aos critérios.

Efetuar a medida das dimensões – comprimento e largura – para que estejam de acordo com o normatizado.

Não utilizar na confecção da ponte qualquer material que seja estranho ao normatizado (núcleos metálicos ou de material plástico) sob a pena de desclassificação.

Apresentar um relatório, com imagens e cálculos referentes ao seu projeto e que abordem o teste de ruptura, indicando a carga de rompimento.

Não utilizar o mesmo modelo de anos anteriores (caso já tenha participado do concurso do Raízes).

9. Avaliação

Os estudantes e/ou grupos que não seguirem as regras dispostas no

item 6 deste regulamento, terão sua ponte desclassificada e não terão direito a nota desta atividade.

São 6 pontos, aplicados à “3ª Nota”, divididos da seguinte forma: Nota 1 (NT1) – 1,0 ponto para confecção em grupo e entrega dentro

dos critérios deste regulamento. Nota 2 (NT2) – 1,5 pontos para a confecção do relatório dentro dos

padrões da ABNT e impresso. Antes da realização dos testes de carga das pontes, cada grupo deverá

apresentar o relatório com as informações abaixo explicadas tais como estimativas do valor da carga de colapso de sua ponte.

Relatório de Características da Ponte.

Objetivo do Trabalho:

Descrever os Materiais Utilizados na construção da ponte. (Todos os Materiais)

Descrever todos os passos a construção da ponte e indicar através de Figuras (fotos) tais passos.

Cálculos auxiliados pelos softwares utilizados

Indicar o fator de carga teórico (FCT) – 𝐹𝐶𝑇 =𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑒

Por exemplo: Massa da ponte = 0,016kg; Massa Suportada =0,250kg

𝐹𝐶𝑇 =0,250

0,016= 15,63

O Resultado atingido por sua ponte foi o esperado? Justifique sua resposta.

Qual a maior dificuldade do grupo para a construção da ponte? Justifique.

Cite os conceitos físicos utilizados no projeto da ponte. Além da citação explique em que momento o conceito foi utilizado.

Considerações Finais.

Referências Bibliográficas.

Nota 3 (NT3) – 3,5 pontos divididos em função da carga de ruptura Carga mínima: A massa da própria ponte_____________ 25% da NT3.

Cargas intermediárias:

De 0,751 kg até 2,00 kg _______ 35% da NT3 De 2,01 kg até 2,99 kg ________ 45% da NT3 De 3,00 kg até 4,49 kg ________ 60% da NT3 De 4,50 kg até 6,00 kg ________ 75 % da NT3 De 6,01 kg até 10,00 kg _______ 90 % da NT3 Acima de 10 kg _____________ 100 % da NT3

A nota final do concurso da Ponte de Macarrão será igual à soma das

notas NT1, NT2 e NT3 (Nota final NF = NT1+NT2+NT3).

10. Disposições Finais Na entrega a ponte ficará armazenada em local a ser determinado

pelos professores das turmas participantes da competição, até o momento da realização das cargas.

A ordem da realização dos testes de carga será determinada no dia da competição de pesagem.

No momento da competição de cada ponte, membros da comissão de fiscalização da competição procederão à pesagem oficial e medição da ponte e à verificação do cumprimento das prescrições deste regulamento.

No dia do teste de cargas (19/08/2016) a balança que será utilizada pertence ao Colégio Raízes, ficando proibido o uso de balanças particulares.

O horário do teste de carga será definido e divulgado pelo colégio. As fotos e os dados produzidos, bem como a divulgação de vídeos ou

outras informações de todo o concurso da ponte de macarrão do Colégio Raízes 2016, serão divulgadas pelo colégio e utilizadas conforme definido pela direção do colégio.

São sugestões de software:

West Pont Bridge Designer 2004

FTool

MDSolids

Mathematic for Technology

Analysis for Windows

Makaria São sugestões de sites:

http://technologies.ouc.bc.ca/events/spaghettibridge/index.html http://www.jhu.edu/virtlab/bridge/truss.htm http://www.cpgec.ufrgs.br/segovia/espaguete/ http://www.jhu.edu/virtlab/fall01/pics/wie.html http://www.jhu.edu/virtlab/spaghettibridge/

Mogi das Cruzes, 20 de junho de 2016.