Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE PAULISTA INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CÂMPUS GOIÂNIA – FLAMBOYANT ENGENHARIA CIVIL RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS GABRIEL DA SILVA BARREIRA - N467DC1 GUSTTAVO EDUARDO F CORREA - N4010A9 KASSIO CAMPOS NEVES - N466CH9 LUANA LUCENA DE FREITAS MAIA - N4010B7 MATHEUS DE SOUZA CUSTODIO (líder) - N4459E4 SIMIÃO ALVES MIGUEL NETO - D93IEF7 ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA TRELIÇAS DE MADEIRA GOIÂNIA 2021 UNIVERSIDADE PAULISTA INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CÂMPUS GOIÂNIA – FLAMBOYANT ENGENHARIA CIVIL RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS GABRIEL DA SILVA BARREIRA - N467DC1 GUSTTAVO EDUARDO F CORREA - N4010A9 KASSIO CAMPOS NEVES - N466CH9 LUANA LUCENA DE FREITAS MAIA - N4010B7 MATHEUS DE SOUZA CUSTODIO (líder) - N4459E4 SIMIÃO ALVES MIGUEL NETO - D93IEF7 ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA TRELIÇAS DE MADEIRA Trabalho apresentado à disciplina de Atividades Práticas Supervisionadas “APS”, para compor a nota do 5° semestre, sob a supervisão da Ms. Lorena Alves de Oliveira GOIÂNIA 2021 Sumário Sumário .................................................................................................................................................. 3 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 4 1. O que é uma treliça? ....................................................................................................................... 5 1.1. Tipos de Treliças: ......................................................................................................................... 5 1.1.2 Treliça Pratt ............................................................................................................................. 5 1.1.3 Treliça Howe ............................................................................................................................ 6 1.1.4 Treliças Warren ....................................................................................................................... 6 2. Estrutura ............................................................................................................................................ 7 2.1. Fórmulas .................................................................................................................................... 7 3. Análise de construção ................................................................................................................... 11 3.1. Montagem via Software:........................................................................................................ 12 3.2 Cálculos estruturais ................................................................................................................. 12 4. Construção ...................................................................................................................................... 13 4.1 Materiais utilizados .................................................................................................................. 13 4.2 Montagem ................................................................................................................................. 15 5. Testes com carga ........................................................................................................................... 20 6. Orçamento ....................................................................................................................................... 22 Conclusão ........................................................................................................................................ 22 Referências Bibliográficas ................................................................................................................. 23 4 INTRODUÇÃO Dentro das aplicações mecânicas e físicas em destaque, o estudo sobre a resistência dos matérias relaciona-se fortemente a área de esforços aplicada a uma estrutura ou objeto. Utilizadas há séculos nesse campo, as treliças surgem com inúmeras variações e aplicabilidade, sendo vistas em pontes, torres e até em coberturas. Outros benefícios ligados a essa estrutura é sua pluralidade no uso de materiais para sua constituição, podendo ser desenvolvidas em concreto, aço, alumínio, madeira e outros; o que confere uma grande vantagem em custos e prazo na etapa de construção. Dando importância a esse material tão flexível, o presente trabalho trata-se de uma breve revisão bibliográfica, seguida da construção detalhada de uma treliça, suas características estruturais e formativas. 5 1. O que é uma treliça? Treliças se apresentam como estruturas de armações formadas por barras distribuídas em formato triangular, agregadas entre si por junções popularmente chamados de “nó”, que podem ser construídas nos matérias de madeira ou metal, a depender da especificidade de seu uso. Muito utilizadas em construções, as treliças mostram-se como recursos de grande valia por assegurar estruturas em vãos de diversas espessuras. (VALIENTE e SANTOS, 2017). 1.1. Tipos de Treliças: Considera-se que as treliças podem ser classificadas a partir de suas leis de formação como simples, compostas e complexas, onde simples, diz respeito a sua obtenção acontece quando sua formação parte de um triangulo base em que um novo nó é agregado a partir de nós já existentes. Tal formação verifica-se pela equação de equilíbrio entre número de barras e de nós, b= 2n -3. As treliças compostas são constituídas a partir da união de duas ou mais treliças simples por via de três barras não paralelas, nem concorrentes nos pontos convergentes. (GOMES, 2016). Ainda segundo Gomes (2016), as treliças que não se classificam a partir das leis de formação simples ou compostas, se configuram como complexas. As configurações complexas podem se apresentar por combinações geométricas triangulares, quadriláteras e até poligonais que se transpassam sem necessariamente estarem unidas umas às outras. Outro fator a ser destacado concerne à sua finalidade. Graças a sua versatilidade, elas podem ser utilizadas em pontes, telhados, torres, e diversas estruturas metálicas ou de madeira. Considerando todas as suas possibilidades de uso, as treliças apresentam determinadas especificidades a partir de suas características estruturais. (LEGGERINI, KALIL 2004). 1.1.2 Treliça Pratt A Treliça Pratt, exemplificada abaixo é definida por suas constituintes de elementos diagonais, que em sua centralidade, se encontram apresentando esforços de tração em tais pontos. “Todas as barras diagonais a exceção das diagonais do 6 centro, estão sujeitos somente a tração, enquanto que as barras verticais suportam as forças de compressão.” (GOMES 2006, p. 8). Figura 1 - Treliças do tipo Pratt Fonte: Gomes (2006) 1.1.3 Treliça Howe A treliça do tipo Howe, é antagônica à treliça Pratt. Suas diagonais se colocam em oposição ao centro da ponte, formando uma imagem semelhante a um “V” ao contrário. Seus esforços de compressão recaem nas vigas diagonais ao passo que as vigas verticais criam um sistema de tensão preservando assim, a carga da ponte. (SILVA, 2014). Figura 2 - Treliças do tipo Howe Fonte: Gomes (2006) 1.1.4 Treliças Warren Nas treliças do tipo Warren, as forças de tensão se distribuem entre as diagonais formando feixes ascendentes e descendentes contínuos. Em pequenos vãos esse modelo de treliça pode não utilizar elementos verticais para amarração da estrutura. Porém caso haja a necessidade de sua aplicação em vãos maiores, necessita-se seu uso em seus feixes descendentes, para conferir maior suporte decarga. (GOMES, 2006). 7 Figura 3 - Treliças do tipo Warren Fonte: Gomes (2006) 2. Estrutura Em seu componente estrutural, as treliças são formadas por inúmeras barras que se distribuem em forças de tração e compressão, alternando a partir dos pontos de aplicação de sua carga. Os contraventamentos se mostram imprescindíveis para a estrutura da treliça, pois atuam como minimizador dos movimentos causados por imprecisões no material utilizado tanto em sua composição geométrica quanto em sua propriedade; evitando assim desarticulação para além do eixo estrutural. (PAROLIN, 2017). 2.1. Fórmulas Para fundamentarmos os cálculos de esforços de uma treliça, podemos utilizar dois métodos: • Método dos Nós “A resolução de treliças planas apontada na figura 4 pelo método dos nós, consiste em verificar o equilíbrio de cada nó da treliça, seguindo-se os passos descritos a seguir:” (LIMA, 2008 p. 01). Figura 4 - Treliça biapoiada Fonte: Lima (2008) 8 “Determinação das reações de apoio: [...] As reações de apoio em VA e em VB são iguais, pois a carga P está aplicada simetricamente aos apoios. Portanto:” (LIMA, 2008 p. 02). Va = Vb = P/2 Tratando ainda da figura disposta acima podemos inferir sobre: Identificação do tipo de solicitação em cada barra (barra tracionada ou barra comprimida) [...]. As barras 1 e 5 estão comprimidas, pois equilibram as reações de apoio. A barra 3 está tracionada, pois equilibra a ação da carga P no nó D. As barras 2 e 4 estão tracionadas, pois equilibram as componentes horizontais das barras 1 e 5. (LIMA, 2008 p. 01- 02). Sobre a verificação do equilíbrio de cada nó da treliça, Lima (2008) sugere que os cálculos se originam pelo nó que apresente o menor número de incógnitas. O esforço começa pelo nó A, concomitante com o nó B, que possui o menor número de incógnitas, exemplificado abaixo. Figura 5 - Cálculo pelo NÓ (F1 - F2) Fonte: Lima (2008) “Determinada a força na barra 2, o nó que se torna mais simples para os cálculos é o nó D.” (LIMA, 2008 p. 04). 9 Figura 6 - Cálculo pelo NÓ (barra 2) Fonte: Lima (2008) “Para determinar a força normal na barra 5, utiliza-se o nó B.” (LIMA, 2008 p. 04) Figura 7 - Cálculo pelo Nó (barra 5) Fonte: Lima (2008) “As forças normais nas barras 4 e 5, podem ser determinadas através da simetria da estrutura e do carregamento aplicado.” (LIMA, 2008 p. 04). • Método das Secções Conforme apontado por Lima, (2008), na determinação de cargas axiais que incidem nas barras de uma treliça plana, indicada pela figura abaixo, através do método das Secções ou “Ritter”, opera-se da seguinte forma: 10 Figura 8 - Barra biapoiada Fonte: Lima (2008) Ainda segundo o autor, 1º Divide-se a treliça em duas partes. Devido à simetria da estrutura e do carregamento. VA = VB = P / 2 Seguindo em 2º adota-se uma das partes para verificar o equilíbrio, ignorando- se a outra parte até o próximo corte. Ao cortar a treliça deve-se observar que o corte a intercepte de tal forma, que se apresentem no máximo 3 incógnitas, para que possa haver solução, através das equações de equilíbrio. É importante ressaltar que entrarão nos cálculos, somente as barras da treliça que forem cortadas, as forças ativas e reativas da parte adotada para a verificação de equilíbrio. Para determinar a carga axial nas barras 1 e 2, aplica-se o corte AA na treliça e adota-se a parte à esquerda do corte para verificar o equilíbrio. (LIMA, 2008 p. 56). Figura 9 - Cálculo por secção nó (A) Fonte: Lima (2008) 11 Figura 10 - Cálculo por secção nó (A) F2 Fonte: Lima (2008) “3º Repetir o procedimento, até que todas as barras da treliça estejam calculadas.” (LIMA, 2008 p. 56). 3. Análise de construção Para a construção da ponte foi realizada analises estruturais via software Ftool de 2 modelos de treliças, Howe e Pratt. Com cargas iguais e vão de mesma distância entre seus apoios, simulado a deformação com força aplicada no mesmo “nó”. Visando o melhor desempenho foi adicionado diagonais cruzadas onde o momento fletor é máximo. As simulações via software, têm como objetivo demonstrar qual modelo distribui melhor seus esforços pelas barras. Esses testes foram desenvolvidos, perante o não conhecimento da resistência do palito utilizado como barra no projeto. Os resultados demonstraram que o modelo Pratt obteve uma melhor distribuição de seus esforços pela estrutura. Figura 11 - Treliça Howe com diagonais centrais Fonte: Gomes (2006). 12 Figura 12 - Treliça Pratt com diagonais centrais Fonte: Gomes (2006). 3.1. Montagem via Software: Considerando o modelo que melhor distribui seus esforços, foi construído uma ponte com dimensões as quais respeita-se todas as regras do edital. Em seguida adicionados apoios de 1º gênero (VB) e 2º gênero (VA). Figura 13 - Dimensões treliça Fonte: Matheus Custódio (2021) 3.2 Cálculos estruturais Com as dimensões, forças e apoios já idealizados, utilizou-se o ftool para realizar os cálculos. Figura 14 - Teste de carga (esforços das barras) Fonte: Matheus Custódio (2021) 13 Tabela 1 - Esforços das barras Esforços das barras Barra Força Esforço Barra Força Esforço Barra Força Esforço F1 -1.6 N Comprimir F13 0.6 N Tracionar F25 0.2 N Tracionar F2 0.5 N Tracionar F14 -8.9 N Comprimir F26 -8.3 N Comprimir F3 -2.7 N Comprimir F15 -2.3 N Comprimir F27 2.0 N Tracionar F4 -3.5 N Comprimir F16 9.9 N Tracionar F28 6.6 N Tracionar F5 0.9 N Tracionar F17 5.3 N Tracionar F29 -1.2 N Comprimir F6 2.1 N Tracionar F18 2.0 N Tracionar F30 -3.5 N Comprimir F7 -1.2 N Comprimir F19 -2.3 N Comprimir F31 0.9 N Tracionar F8 -8.3 N Comprimir F20 5.3 N Tracionar F32 2.1 N Tracionar F9 2.0 N Tracionar F21 -8.9 N Comprimir F33 -2.7 N Comprimir F10 6.6 N Tracionar F22 -0.1 N Comprimir F34 -1.6 N Comprimir F11 0.2 N Tracionar F23 9.9 N Tracionar F35 0.5 N Tracionar F12 -0.1 N Comprimir F24 0.6 N Tracionar 4. Construção 4.1 Materiais utilizados Para construir o projeto, utilizou-se os seguintes materiais. Tabela 2 - Materiais utilizados O palito utilizado como barra é da marca Panará, construído com fibras de bambu tem alta resistência com as dimensões de 30cmX4mm. Figura (15) Para a escolha da cola, realizou-se uma pesquisa a qual tenha por objetivo identificar o melhor componente, que entregue resistência e menor tempo de maleabilidade. Com melhores resultados nos critérios da pesquisa foi escolhido a (Sikadur epóxi Tix), cola bi composta com alta resistência e bom tempo de cura. Figuras (16 e 17) ITENS Espeto bambu extralongo 30cm 50x1 4mm Paraná Sikadur epoxi tix (CJ 1kG) Lixa fina madeira 320 Alicate de corte Alicate de ponta fina Régua Cartolina 14 Figura 15 - Espeto de bambu Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Figura 16 - Sikadur Epóxi Tix Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) 15 Figura 17 - Ficha técnica Fonte: Sikador (2016) 4.2 Montagem Separou-se os palitos sem imperfeições, em seguida iniciou a aferição dos tamanhos necessários para os cortes. Os tamanhos utilizados foram: (25cm diagonal; 20cm horizontal e vertical; 10cm emenda do eixo). Figura 18 - Aferição e cortesdos palitos Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Seguindo para a parte de construção dos nós, foi verificado a melhor forma de encaixe que adequasse no edital da APS. Definido os modelos dos “nós” figura (19), iniciou-se a construção das laterais da treliça. Figuras (20 e 21) 16 Figura 19 - Modelo de junção das barras (nó) Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Figura 20 - Junção das barras laterais Figura 21 - Laterais da treliça Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Com as barras nas posições, inicia-se a parte de colagem. Foi feita a mistura bi composta da cola e em seguida as colagens das laterais. 17 Figura 22 - Colagem das barras A Figura 22 - Colagem barras B Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Figura 23 - Colagem das barras A Figura 23 – Colagem das barras B Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) 18 Figura 24 – Colagem final do nó Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Ao finalizar as colagens de uma das laterais, seguindo a ficha técnica da cola descansou-se a estrutura por 1 hora para secagem. Este processo foi feito para as duas laterais. Figura 27 - Lateral aguardando tempo de cura Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) 19 Para a colagem das laterais foi feito suportes de palitos com o intuito de facilitar o processo. Em seguida reforçado as colas internas e externas nos locais dos “nós”. Figura 28 - Colagem das duas laterais Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) Figura 29 - Reforço de cola nas junções (nós) Fonte: Gustavo, Kassio, Matheus (2021) 20 5. Testes com carga Respeitando o tempo de secagem completa da cola, os testes de carga só foram realizados 7 dias após as colagens. No teste utilizou-se de uma grade amarrada a um barbante e preso a um único ponto na barra central da treliça. Iniciou-se o teste com 2kg, verificando a resistência da estrutura aumentou-se para 7kg. Considerando a grade que pesa entorno de 3 kg, a treliça suportou a força de 10 kg ou 98,1N. Figura 30 - Estrutura teste de carga da treliça Fonte: Matheus Custódio (2021) Figura 31 - Teste de carga treliça (2kg) Fonte: Matheus Custódio (2021) 21 Figura 32 - Teste de carga treliça (5kg) Fonte: Matheus Custódio (2021) Figura 33 - Teste de carga treliça (7kg) Fonte: Matheus Custódio (2021) 22 6. Orçamento Tabela 3 - Planilha de gastos Planilha de gastos construção treliça Unid. Descrição Valor Uni. Total 4 Espeto bambu extralongo 30cm 50x1 4mm Paraná R$ 3,50 R$ 14,00 1 Sikadur epoxi tix (CJ 1kG) R$ 38,50 R$ 38,50 2 Lixa fina para madeira 320 R$ 1,50 R$ 3,50 2 Cartolina R$ 1,00 R$ 2,00 1 Alicate de corte - - 1 Alicate de ponta fina - - 1 Régua - - Total R$ 58,00 Fonte: Matheus Custódio (2021) Conclusão A partir do levantamento realizado, conclui-se a importância do uso das treliças em diversos tipos de construções. Ela apresenta vantagens por ser leve e ter alta resistência de carga em espaços maiores. Porém é muito importante que realize uma análise de cada modelo, levando em consideração sua eficiência sob a carga planejada. Para que tenha maior segurança devemos sempre verificar seu local de utilização, escolhendo o material correto e atribuindo os cálculos necessários para confirmação de carga máxima suportada pela treliça. 23 Referências Bibliográficas LIMA, L. R. O. Resistência dos Materiais. Laboratório de engenharia civil. Apostila de sala de aula. Pontifícia Estadual do Rio de Janeiro. fev. de 2008. Disponível em: http://www.labciv.eng.uerj.br/rm4/ Acesso em: 25 de março de 2021. GOMES, M. I. Estudo e Análises de Treliças. Publicação no Repositório do Instituto Politécnico de Lisboa. Instituto Superior de Engenharia de Lisboa ISEL. 2016. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Maria-Idalia- Gomes/publication/301298120_Estudo_e_Analise_de_Trelicas/links/5710e65608ae8 46f4ef05472/Estudo-e-Analise-de-Trelicas.pdf Acesso em: 28 de março de 2021. Leggerini, M. R. C. Kalil, S. B. MECÂNICA DOS SÓLIDOS. Faculdade de Engenharia. Apostila de sala de aula. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Jan. de 2004. Disponível em: /www.politecnica.pucrs.br/professores/mregina/ENGENHARIA_- _Resistencia_dos_Materiais_I_-_EM/Resistencia_I_EM_04_Trelicas.pdf Acesso em: 28 de março de 2021. PAROLIN, Betina. Projeto estrutural de uma treliça de madeira maciça de acordo com diferentes sistemas construtivos. 2017. 65 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017. RODRIGO, B, FARIAS; Uma maquete da estrutura em treliças simples triangulares para o ensino de estática. Rev. Bras. Ensino Fís. vol.42 São Paulo 2020 Epub Aug 24, 2020. Disponível em: https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172020000100626&tlng=pt Acesso em: 27 de março de 2021 SILVA, A. C. Passarela em estrutura treliçada de aço: comparação de diferentes tipos de treliça. 2014. Trabalho de Conclusão de curso (Graduação em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2014. VALIENTE, E. S. P., SANTOS, M. R. O. Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional, Vol. 5, N. 1, 2017, Gramado. Sistemas Lineares e Treliças. Proceeding Series of the Brazilian Society of Applied and Computational Mathematics. Campo Grande, 2016. http://www.labciv.eng.uerj.br/rm4/ https://www.researchgate.net/profile/Maria-Idalia-Gomes/publication/301298120_Estudo_e_Analise_de_Trelicas/links/5710e65608ae846f4ef05472/Estudo-e-Analise-de-Trelicas.pdf https://www.researchgate.net/profile/Maria-Idalia-Gomes/publication/301298120_Estudo_e_Analise_de_Trelicas/links/5710e65608ae846f4ef05472/Estudo-e-Analise-de-Trelicas.pdf https://www.researchgate.net/profile/Maria-Idalia-Gomes/publication/301298120_Estudo_e_Analise_de_Trelicas/links/5710e65608ae846f4ef05472/Estudo-e-Analise-de-Trelicas.pdf file:///C:/www.politecnica.pucrs.br/professores/mregina/ENGENHARIA_-_Resistencia_dos_Materiais_I_-_EM/Resistencia_I_EM_04_Trelicas.pdf file:///C:/www.politecnica.pucrs.br/professores/mregina/ENGENHARIA_-_Resistencia_dos_Materiais_I_-_EM/Resistencia_I_EM_04_Trelicas.pdf https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172020000100626&tlng=pt