Vídeo:

O vídeo, a seguir, demonstra todo o processo para a confecção do protótipo da ponte de macarrão.

https://www.youtube.com/watch?v=4BbklTH59ho

Finalizando...

7ª Reunião: 12/11/2014, 12h00 às 18h00, Sala 214 SS - Área 1
Presentes: Bruno, Clarissa, Enete, Jean, Leandro e Luan.

Nessa reunião iniciamos em um novo local, depois de semanas tentando conseguir, com o grupo de operações da faculdade, um laboratório para que pudêssemos construir nossa ponte. Após conversa com o coordenador Roberto Matos, conseguimos reservar uma sala e então saímos da biblioteca, local inconveniente para esse tipo de trabalho.

Entretanto, começamos o dia com uma noticia preocupante: após a colagem, a pesagem de todos os membros foi 878 g. Considerando que estimamos 690 g para os membros, foram acrescidos 188 g de cola (araldite e cola quente). A solução encontrada foi lixar todos os membros para conseguir redução do peso, pois ainda haveria uso da durepox para a montagem da ponte. Todo esse processo gerou atrasos, sendo uma tarde inteira para conseguir ajustar o peso. As Figuras 1, 2, 3 e 4 evidenciam esse momento.

Figura 1 - Clarissa lixando....

Figura 2 - Enete lixando....

Figura 3 - Bruno lixando...

Figura 4 - Jean lixando...

Figura 5 - Leandro desbastando com um estilete....

Após o processo de lixamento, colamos um membro de tração com durepox, para nos certificar da fixação, após a cura da cola. Deixamos a peça no Laboratório de Biologia, para avaliarmos no próximo encontro.

8ª Reunião 14/11/2014, 13h00 às 16h00, Sala 214 SS - Área 1

Presentes: Bruno, Clarissa, Jean, Leandro e Luan.

Iniciamos os trabalhos verificando o membro de tração deixado para secagem, após aplicação do durepox. Realizamos a inspeção e concluímos que a colagem foi bem sucedida. O durepox funcionou perfeitamente, mas nosso desafio seria conseguir unir e manter o membros de tração retos, uma vez que eles medem 50 cm e os fios de macarrão possuem em média 25 cm. Os seja, precisamos emendar dois membros para formar cada barra de tração.

Como houve a necessidade de lixar todos os membros, alguns ficaram comprometidos ou quebrados. Sendo assim, Luan ficou com a incubência de fabricar novas peças para substituir as que estavam danificadas, evitando ao máximo o excesso de cola, pois estávamos no limite permitido de 1000 g, embora com uma tolerância máxima de 50 g.

Considerando essa limitação, passamos a discutir sobre a largura do vão e definimos 10 cm. Uma largura menor entre os arcos tem como vantagem a utilização de uma barra de menor comprimento e, consequentemente, maior dificuldade para sofrer flexão. A desvantagem seria maior facilidade da ponte tombar.

Leandro comprometeu-se a preparar essa barra de 10 cm, de um material denominado "metalon" (tubo de aço carbono), que suportasse, pelo menos, 100 kg. Uma barra para suportar os 400 kg projetados seria mais robusta e, muito provavelmente, mais pesada.

9ª Reunião 16/11/2014, 14h30 às 21h30, na casa de Enete

Presentes: Bruno, Enete, Jean, Leandro e Luan.

Quase todos os membros estavam colados, alguns ainda tinham que ser finalizados, mas não impedia continuarmos o processo final: montar a ponte! Esse foi um dos momentos mais complicados, devido a necessidade de manter as peças nos comprimentos e ângulos projetados, garantindo também uma colagem eficaz. A planta baixa da ponte, utilizada como gabarito, foi fundamental nessa etapa!

Leandro utilizou uma barra de "metalon" medindo 19 cm para fazer um teste de desempenho, aplicando sobre ela um peso de 120 kg. Resultado: a barra com 19 cm não se abalou! Então, ela foi recortada para 10 cm como definido em nosso projeto.

A Figura 6, que se segue, ilustra os momentos iniciais da montagem da ponte.

Figura 6 - Iniciando a junção da emendas da ponte.

Com o gabarito impresso em escala real, sobre a mesa, montamos o primeiro arco da ponte (Figura 7). Foi preciso muito cuidado na quantidade de durepox a ser aplicada, pois nossa margem de peso estava mito estreita,

Figura 7 - Bruno e Leandro terminando o primeiro arco da ponte.

No início do processo, a montagem foi lenta, pois essa era a primeira vez que estávamos fabricando uma ponte de macarrão. Mas a medida em que ela era montada e colada, mais rápido foi o processo (Figura 8). De forma que a fabricação do segundo arco foi muito mais rápida. 

Figura 8 - Luan e Jean dão auxílio a Leandro na conclusão do segundo arco.

Na Figura 9, observa-se a utilização de um espelho como recurso, para verificar a uniformização da colagem com durepox ao redor das peças.

Figura 9 - Espelho sendo usado no controle do processo de colagem

Em um dos lados da ponte foi colada a barra metálica, que ficou engastada no centro, juntamente com os membros de ligação de força nula (Figura 10).

Figura 10 - Concluindo o primeiro arco com a barra de metalon engastada.

Para prevenir possíveis falhas na distribuição do peso, pois a ponte pode movimentar-se em direção ao centro, fabricamos membros de 10 cm, contendo 5 fios de macarrão, para fazer o amarramento entre os dois arcos,

Após o endurecimento da cola durepox, a ponte pesou 1060 g. Preocupação geral da equipe, pois o limite era de 50 g de erro. Então começamos a lixar as rebarbas e as zonas em que a cola estava em excesso. Assim, conseguimos garantir o peso de 1032 g. Enfim, estava finalizada a construção do nosso protótipo da ponte como pode ser observado na Figura 11.

Figura 11 - Protótipo do vão da ponte concluído

Concluída a etapa “fabricar” a equipe segue confiante no bom desempenho do protótipo, para a última etapa do processo, “ensaiar”, que consiste das provas de adequação dimensional, eficiência estrutural e capacidade portante.

Moldando...

5ª Reunião - 05/11/2014, 11 às 14h30, Biblioteca Área 1

Presentes: Bruno, Clarissa, Enete, Jean, Leandro e Luan.

Essa reunião teve como novidade a inclusão de novo integrante na equipe, Bruno Monteiro, estudante de Engenharia Ambiental. Como as demais equipes estavam completas, acolhemos o colega Bruno, que imediatamente começou a interagir com o grupo, para atualizar-se sobre o andamento dos trabalhos. 

Como redigido anteriormente, a ponte foi projetada para suportar 400 kg no suporte central, sendo assim, os fios de macarrão necessários para confecção de cada membro foram dimensionados para suportar esse esforço. Na Figura 1, observa-se a numeração de cada membro da ponte.

Figura 1- Vista lateral da ponte treliçada

Para determinar a quantidade de fios de macarrão de cada membro, foi utilizado o valor médio da força de ruptura de um fio de macarrão de 37,42 N, fornecido pelo Prof. Targino, fruto de ensaio envolvendo oito marcas existentes em supermercados de nossa capital.

No Quadro 1, apresentamos os resultados dos cálculos do projeto. Vale ressaltar que os resultados refere-se a apenas um arco da ponte, mas que são aplicáveis ao outro arco.

Quadro 1 - Cálculos do vão da ponte.

Membros	Tipo da força	Força Calculada (N)	Quantidade de fios de macarrão (aproximado)	Comprimento (cm)
01, 02	Tração	195,133	6	50,00
03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10	Compressão	1.000	27	19,13
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17	Tração	390,266	11	50,00

Levando em consideração esses cálculos, serão necessários 432 fios de macarrão para confeccionar os membros de compressão e 356 fios para os membros de tração, totalizando 788 fios.

Considerando 0,04 g para cada cm do macarrão, o projeto demanda cerca de 690 gramas deste material, restando 310 g para a cola e a barra central. Os membros que ligarão um vão da ponte ao outro, não foram contabilizados, ficando o dimensionamento para o ajuste final, uma vez que eles representam força nula. 

Iniciamos nessa reunião o processo de colagem dos fios. Mas ocorreu um problema neste processo: a cola Epóxi Araldite® de secagem rápida (10 minutos) endurecia rapidamente, em menos de um minuto, impossibilitando a continuação  do processo de colagem dos fios de macarrão. Como os fios são frágeis e a colagem tendo que ser feita com rapidez, ponderamos que, muito provavelmente, os fios seriam danificados. Constrangimento e atraso na confecção da ponte!  

A colagem foi postergada, já que neste momento nada poderia ser feito, a não ser buscar alternativa viável. Seguimos então, finalizando a separação e redimensionamento dos fios de macarrão para o tamanho definido no projeto (25 e 20 cm). Depois de separados, reunimos a quantidade de fios calculada para cada membro (conforme especificado no Quadro 1, a seguir) e aplicamos cola quente nas extremidades (pré-fixação), para manter os fios unidos visando facilitar a aplicação da cola Araldite. Essa etapa foi finalizada posteriormente por Clarissa.

Nesse mesmo dia, algumas horas após a reunião, Clarissa pesquisando alternativa para a cola, descobriu a Araldite® 24 horas. Toda a equipe foi comunicada e dado o sinal verde para a compra dessa cola.

6ª Reunião -  08/11/2014, 14h30 às 20h00, Casa de Enete

Presentes: Bruno, Clarissa, Enete e Luan.

Enete ficou com a missão de adquirir a cola Araldite® 24 horas (Figura 2), mas não a encontrava nas lojas de materiais de construção próximas de sua residência. Inclusive foi informada que essa cola não estava mais sendo fabricada. Ela fez contato fabricante da cola, para certificar-se da informação e ficou sabendo em que loja poderia encontrar. Dirigiu-se para lá e adquiriu a última embalagem existente de 1 kg no estabelecimento. Enfim, garantido um dos principais insumos do produto final! 

Figura 2 - Cola Epóxi Araldite® 24 horas

Nesse dia 08/11, passamos uma tarde inteira colando os fios (Figuras 3 e 4). Enquanto isso, Luan digitava os cálculos para uso no relatório e apresentação do trabalho (Figura 5).

Figura 3 - Bruno, Clarissa e Enete colando os fios de macarrão

Figura 4 - Membros da ponte em processo de secagem

Figura 4 - Luan digitando os cálculos

Construindo...

4ª Reunião - 29/10/2014, 11 às 15h, Biblioteca Área 1

Presentes: Clarissa, Enete, Jean, Leandro, Luan

Período 27/10 a 03/11: desenvolvimento das etapas Projetar e Fabricar.

Projetando...

Desenvolvido o esboço do protótipo no Ftool, para simulação da carga a ser aplicada à ponte, obtenção dos esforços nas barras e validação dos nossos cálculos. Entretanto, essa tarefa se constituiu num grande desafio para o grupo, devido à precisão requerida para desenhar a estrutura com todas as dimensões previstas no projeto, sobretudo os ângulos entre as hastes e as barras.

Graças ao conhecimento sobre coordenadas polares, adquirido na disciplina de Geometria Analítica, conseguimos vencer essa dificuldade e efetivamente desenhar a estrutura no Ftool. Também foi motivo de muita alegria verificar que todos os cálculos teóricos (segundo o método dos nós) efetuados no projeto foram muito similares aos apresentados pelo software. Os dados comparativos seguem apresentados na Tabela 1. Assim, finalizamos essa etapa do trabalho e seguimos para a etapa “fabricar”. A sessão de fotos, a seguir (Figura 1, 2, 3 e 4), evidencia esse momento.

 

Figura 1 - Clarissa analisando os cálculos.

Figura 2 - Luan, com muito esforço, descobrindo como obter os ângulos no Ftool e simula as forças na ponte.

 

Figura 3 - Enete conferindo se os cálculos correspondiam com o Ftool.

 

Figura 4 - Luan e Clarissa comemorando o sucesso da simulação no Ftool.

Figura 5 - Animação da força aplicada no Ftool 

Nas Figuras 6, 7 e 8, que se seguem, são apresentadas as telas do Ftool, que evidenciam o desenho, cálculos e esforços na ponte. A Figura 9 mostra o desenho do protótipo em três dimensões.

Figura 6 - Desenho da ponte.

Figura 7 - As forças na ponte.

Figura 8 - Os esforços na ponte

Figura 9 - O protótipo em 3D no AutoCAD 2014. 

Fabricando...

Enfim, começamos a confeccionar a nossa ponte... A primeira tarefa consistiu em selecionar os fios de macarrão necessários para a montagem das hastes de 50 cm. Foi preciso realizar uma triagem dos fios com tamanho entre 25,5 e 26 cm, haja vista a diferença de tamanho entre eles. Estimamos essa folga para o encaixe entre as hastes e as emendas com as barras de compressão. Todavia, um ajuste final na montagem, deverá ser necessário. Após isso, cortamos as barras de compressão (20 cm), um pouco acima do tamanho do projeto, considerando as emendas. Com o objetivo de facilitar o processo de colagem, reunimos a quantidade de fios calculada para cada unidade construtiva (haste, barra de compressão e base) e amarramos com barbante, para facilitar o processo de colagem (Figuras 10 a 14). No próximo encontro, pretendemos realizar as colagens e emendas das peças.

    

Figura 10 - Medindo os fios do macarrão.

Figura 11 - Selecionando os fios do macarrão.

 

Figura 12 - Confecionando as estruturas.

Figura 13 - Construindo estratégias para montagem da ponte.

  

Figura 14 - Verificando o peso das peças.

Projetando...

3ª Reunião - 22/10/2014, 11 às 12h, Biblioteca Área 1
Presentes: Clarissa, Jean, Leandro, Luan, Enete (virtual).

Período 21/10 a 27/10: desenvolvimento da etapa Projetar.

Projetando...

Realizamos adequação do desenho (Figura 1) da ponte e consolidamos todos os cálculos. A treliça plana da ponte irá possuir altura 0,5 m e um metro de comprimento. A mesma será formada por oito triângulos isósceles, que possuem ângulos de 22,5° e 78,75°. A união das duas estruturas, que forma a treliça, será realizada através de nove cabos.

Através dos cálculos, foi possível estimar o peso total da estrutura, sendo este correspondente a 600 g. Estimamos também uma barra central com 20 g. Não foi considerado o peso dos cabos de união das estruturas. Com certeza, estes dados serão considerados posteriormente.

Para garantir a resistência mínima que a ponte deve suportar que é de 10 kg, a ponte foi projetada para suportar 400 kg no total. Como a ponte terá dois vãos em paralelo com distância projetada, até o momento, de 12,5 cm, a simulação foi efetuada com 200 kg para cada lado. O motivo para fazer o cálculo com o peso elevado é para garantir a resistência da ponte com 10 kg, já que nas partes que ocorrem compressão, o macarrão apresenta comportamento inesperado, podendo flexionar e comprometer toda a estrutura, devendo usar um fator de segurança elevado. Nas partes que ocorrem tração, o fator de segurança é reduzido, pois apresenta-se o comportamento esperado.

Definidas as ações a serem conduzidas até a próxima reunião: 

• Desenho da treliça (papel A0): Luan

• Desenho da treliça (software): Leandro 

• Cálculos em geral: Jean e Clarissa

• Dados dos cálculos (planilha excel): Clarissa

• Barra de ferro: Jean

• Compra dos materiais para a construção do protótipo: Enete

Analisando...

Reunião dia 15/10/2014.
Presentes: Clarissa, Jean, Leandro, Enete e Luan.

Período 15/10 a 20/10: desenvolvimento da etapa Analisar.

Começando a caminhada...

Com base em pesquisas realizadas e aprovadas pelo grupo, as principais definições foram:

Estilo da ponte

Definimos como objetivo fabricar uma ponte com boa resistência, que superasse o requisito mínimo de carga. A ponte denominada de “ponte de viga Pratt com banzo superior curvo modificado”, visualizada na Figura 1, foi a de melhor desempenho nos trabalhos preliminarmente avaliados, notadamente o protótipo desenvolvido por Biassi, Denis et al. (2012). Segundo esses autores, a escolha do tipo de ponte a ser confeccionada deve ser tal que minimize o efeito de flambagem do espaguete, o que pode ser alcançado garantindo que as barras submetidas à compressão tenham o menor comprimento possível. A opção foi este tipo de ponte, disponível no software Ftool, uma vez que nela as barras circunferenciais (de compressão) possuem um comprimento substancialmente menor do que o das barras radiais (em tração). A Pet Engenharia desenvolveu um projeto, utilizando o mesmo estilo de ponte, com 290 g e suportou mais do que 10 kg.

Materiais

Como material estrutural, optamos pelo espaguete Barilla n°7 de origem ilaliana (Figura 2), cola araldite e durepox. Todos eles citados nos trabalhos selecionados como nossos referenciais.

Softwares

FTool, que permite analisar estruturas de barras, fornecendo os resultados reações, diagramas de esforços e deslocamentos. 
MDSolids, programa com diversos módulos, permitindo analisar treliças e desenhá-las.

Analisando...

Realização de cálculos em estruturas simples, com os parâmetros limitantes do protótipo, para entendimento do projeto, obtenção de formulário padrão e estimativa da massa de macarrão. Os resultados foram ajustados e validados pelos componentes da equipe. 

A partir da estrutura da treliça e cálculos realizados, foram testadas as condições no Ftool, objetivando o domínio da ferramenta. As etapas iniciais de esboço e inclusão de dados foram vencidas, mas foi observado a necessidade de parâmetros mais específicos do material (E, ɤ, α), para prosseguir com as simulações. 

Para compreender o processo de obtenção da carga de ruptura do macarrão, bem como verificar o comportamento do macarrão selecionado para o protótipo (espaguete Barilla no.7), foi planejado um ensaio prático, conforme pode ser visto no vídeo, a seguir.

Ensaio de tração do macarrão - Area1

Os ensaios foram realizados pelo componente da equipe Leandro Castro (Figura 2).

Figura 2 - Leandro ao lado de sua máquina LECSA.

A carga média de ruptura por tração obtida foi de 38 N, próximo do valor indicado pelo Prof. Targino. Entretanto, esperávamos um valor maior para esse macarrão, uma vez que ensaios realizados por outros construtores apontaram valores da ordem de 42 N.

Após essa etapa, os esforços foram analisados aos cálculos efetivos para a estrutura planejada (viga Pratt com banzo superior curvo). Os cálculos foram validados para uma treliça contendo 10 triângulos isósceles, com um metro de comprimento, 50 cm de altura, com ângulos de 20° e 80°.

Iniciando...

PROTÓTIPO DE PONTE DE MACARRÃO: PROJETO E FABRICAÇÃO

Este memorial apresenta a experiência dos alunos dos Cursos de Engenharia da Faculdade Área I, da Disciplina Resistência dos Materiais, sob a orientação do Prof. Targino Amorim Neto, do período 2014.2, envolvendo o projeto e a fabricação de um protótipo de um vão de ponte de macarrão, como atividade prática da disciplina.  

A equipe formada é constituída pelos estudantes:

• Clarissa Andrade (Engenharia de Produção)
• Enete Souza de Medeiros (Engenharia Ambiental)
• Bruno Monteiro (entrou posteriormente) (Engenharia Ambiental)
• Jean Cerqueira (Engenharia Civil)
• Leandro Castro (Engenharia de Automação)
• Luan Carlos (Engenharia Civil)

Introdução

Atividades envolvendo fabricação de protótipos de ponte de marcarrão têm sido muito utilizadas em competições e como trabalhos experimentais em cursos de Engenharia, em várias instituições de ensino em diversos lugares do mundo. A Okanagan University College, do Canadá, foi uma das primeiras instituições organizadoras de competições de pontes de espaguete, no início da década de 80 e mantém até hoje uma competição anual entre seus alunos.

Objetivo Geral

Fabricação de uma ponte treliçada de macarrão, conforme as especificações detalhadas em regulamento.

Objetivos Específicos

• Socializar: Atuar de forma sinérgica em grupos de trabalho, sabendo gerenciar equipes e solucionar conflitos.
• Conhecer a importância da inter-relação das competências que estão sendo adquiridas no percurso formativo, sua utilização e importância para a aquisição de novas competências.
• Analisar: consiste de pesquisa sobre o tema, aprofundamento da base teórica, definição do tipo ponte, cálculos preliminares, simulação, desenvolvimento da tecnologia de fabricação, definição de materiais, ferramentas, ações e cronograma. 
• Projetar: envolve o estabelecimento de valores para as variáveis de projeto e simulação numérica, estabelecimento dos parâmetros dimensionais do projeto final da ponte e esboço.
•   Fabricar: preparação de gabaritos, preparação das estruturas e montagem da ponte conforme projeto.
• Ensaiar: submissão do protótipo, em sala de aula, às provas de adequação dimensional, prova de eficiência estrutural e prova de capacidade portante.
• Relatar os resultados: consiste na documentação (texto, cálculos e imagens), de todas as fases do projeto e divulgação em blog.

• 
  

Requisitos do Projeto

As condicionantes do projeto incluem: estrutura treliçada e tridimensional, fabricado em macarrão cilíndrico, com 1 metro de comprimento, largura entre 5-20 cm, altura máxima de 1 metro, massa total de 1 kg, treliças revestidas em material polimérico, junções em cola ou outro polímero, suporte central em metal. A força de ruptura de um fio de macarrão possui valor médio de 37,42 N, conforme ensaio de laboratório realizado pelo Prof. Targino. O estilo construtivo, o real dimensionamento e demais recursos empregados, dentro das limitações impostas pelo regulamento, são livres, fazendo com que os alunos utilizem seus conhecimentos e imaginação criativa.

NOTAS DE 1ª REUNIÃO

1ª Reunião - 08/10/2014, de 11 às 12h, na Biblioteca Área 1

Presentes na reunião: Clarissa, Enete, Jean e Luan (Leandro estava ausente, mas manteve contato através de e-mails).

Foram analisados os principais pontos da demanda acadêmica para efeito do projeto.
Niveladas as pesquisas preliminares realizadas pelos componentes da equipe (textos, videos, ferramenta de cálculo).

1.   Principais Definições

• Ficou definido que as reuniões do grupo serão toda 4ª feira após as aulas, na biblioteca.
• Luan será o responsável pela criação e manutenção do Blog.
• Nome fictício de nossa empresa: Spoleto Engenharia.
• Definido o formato da ponte (conforme trabalho de referência Oficinas de Pontes), massa total de 900 g e altura de 50 cm, para as simulações iniciais.

2.   Plano de Ação

Ações	Principal responsável
Pesquisa sobre o assunto (trabalhos sobre o tema, ensaios, etc.).	Todos
Baixar o Ftool e ambientação com a ferramenta	Todos
Verificar possíbilidade de realizar o teste de tração em macarrão	Luan (na Área1) e Enete (na UFBA)
Esboço da ponte no Ftool	Jean
Cálculos preliminares	Clarissa e Jean
Pesquisar a melhor marca de macarrão	Enete e outros
Pesquisar o tipo de cola a ser utilizada	Todos
Pesquisar o tipo de suporte a ser utilizado	Todos
Local para realização dos trabalhos na Área 1	Clarissa e Enete

Apresentação:

Acaba de nascer  a empresa dos graduandos Engenharia: a SPOLETO ENGENHARIA

Figura 1 - Logo da empresa

Temos nossa conduta voltada para fazer protótipos de estruturas usando como matéria principal o macarrão de formato cilíndrico.

O nosso primeiro passo será criar um protótipo de uma ponte com 1 m de comprimento e no máximo 1 m de altura, e entre 5 a 20 cm de largura. Esse protótipo deve ter o peso bruto máximo de 1 kg.

Figura 2 - A primeira reunião.

Figura 3 - Da esquerda para direita: Luan, Jean, Enete e Clarissa.