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Universidade do Estado do Rio de Janeiro Instituto de Matemática e Estatística Departamento de Geometria e Representação Gráfica TÓPICOS DE DESENHO BÁSICO Coletânea de Textos Paulo Sérgio Brunner Rabello Professor Adjunto Matrícula 30598-7 Rio de Janeiro, 16 de março de 2011 APRESENTAÇÃO Esta apostila é composta por textos preparados especialmente para aulas de Desenho Básico, disciplina obrigatória do 2º período do ciclo básico dos cursos de engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. A sequência dos tópicos apresentados está de acordo com o programa do curso, mas alguns assuntos não foram ainda objeto de textos específicos porque a exposição dos mesmos em sala de aula são suficientes ou as normas técnicas que os norteiam não deixam margens de dúvidas. Evidentemente, tais assuntos poderão ser inseridos neste trabalho, assim como outros ainda em preparação. É bom sempre lembrar que conhecimentos básicos de Geometria Descritiva são fundamentais para o perfeito entendimento da construção e visualização das vistas ortográficas, das vistas auxiliares e dos cortes e seções, pilares da representação gráfica dos projetos de engenharia e arquitetura. Rio de Janeiro, 16 de março de 2011 Paulo Sérgio Brunner Rabello O DESENHO BÁSICO NOS CURSOS DE ENGENHARIA O ensino do Desenho Básico nos cursos de Engenharia tem por finalidade dotar o futuro profissional de conhecimentos básicos que lhe permita “ler” desenhos de projetos das mais variadas áreas técnicas, independentemente da habilitação escolhida pelo aluno. Os grandes empreendimentos, sejam para quais usos ou finalidades se destinem, envolvem, invariavelmente, para sua implantação, estudos geotécnicos, topografia, obras civis, instalações elétricas, eletrônicas e mecânicas, máquinas, equipamentos e instrumentação de controle. Na fase operacional, a manutenção geral de todas as instalações, a ampliação das áreas de produção, independente de suas características técnicas, serão procedimentos de engenharia. E para que isto tudo aconteça a contento, a estanqueidade de informações é altamente nociva, ou seja, quanto mais interatividade houver entre as áreas, melhor para o empreendimento. Neste aspecto, é inadmissível que o engenheiro civil não consiga projetar o prédio que vai abrigar uma subestação elétrica porque não consegue “ler” projeto elétrico. O mesmo se pode pensar do engenheiro químico que não tem condições de aprovar uma simples instalação de processo porque não consegue entender o desenho do projeto de tubulação elaborado pelo engenheiro mecânico. Ao projetar uma linha de transmissão, o engenheiro elétrico definirá o caminhamento dos cabos e os locais das torres depois de analisar o levantamento topográfico e as curvas de nível por onde passará a linha. Evidentemente que os exemplos dados são absolutamente generalistas, mas dá uma boa idéia do que pode acontecer se um engenheiro de produção imaginar que entender os projetos do sistema operacional de uma fábrica jamais lhe serão úteis para encontrar a melhor solução para aumentar a produtividade. Com o advento e a efetiva aplicação dos recursos computacionais na elaboração de projetos, o ensino de Desenho nos cursos de Engenharia deixou de exigir os rigores da precisão gráfica difíceis de serem conseguidos com os instrumentos tradicionais, como a régua, o compasso e o par de esquadros. Em outras palavras, não tem mais cabimento exigir que alunos da graduação se tornem exímios desenhistas. De qualquer forma, tais instrumentos não serão abandonados tão cedo, mas usados com as limitações que os caracterizam. Hoje em dia, é mais indicado treinar os alunos no desenho à mão- livre para confecção de esboços para bases de projeto e soluções emergenciais no campo do que mergulhá-los obrigatoriamente nas profundezas do CAD e suas centenas de comandos. Por ora, torna-se altamente necessário capacitar os alunos para utilizar softwares simples (tipo Sketch Up, por exemplo) nos laboratórios da própria Universidade para desenvolver imediatamente suas habilidades gráficas no computador. FUNDAMENTOS DA GEOMETRIA DESCRITIVA 1) O Fenômeno Projetivo O método projetivo concebido por Gaspar Monge (Método Mongeano) é a base da Geometria Descritiva que permite identificar um objeto do espaço através de suas projeções cilíndricas ortogonais em dois planos perpendiculares entre si. Assim, o sistema exige a existência dos seguintes elementos para que o fenômeno projetivo se realize: 1) Dois planos de projeção, ortogonais entre si, sendo um considerado horizontal, identificado como (π), e outro considerado vertical, identificado como (π’); 2) Dois centros projetivos impróprios (localizados a uma distância imensurável dos planos de projeção, identificados como (O)∞ e (O’)∞ , de onde partem os raios projetantes perpendiculares respectivamente ao plano (π) e ao plano (π); 3) Figura Objetiva ou Objeto a ser projetado, identificado como (f); 4) Figuras Projetadas ou Projeções, identificadas com f no plano horizontal (π), e f’’ no plano vertical (π’). figura 01 figura 02 2) O Espaço Projetivo O plano (π) divide o espaço em dois semi-espaços, um acima dele e outro abaixo. O plano (π’), por seu turno, divide o espaço também em dois semi-espaços, um anterior a ele e outro posterior. Como (π) e (π’) são perpendiculares entre si, o espaço fica divido em quatro partes iguais chamadas diedros assim caracterizados: a) 1º Diedro: limitado pela superfície superior do plano horizontal (π) e pela superfície anterior do plano vertical (π’); b) 2º Diedro: limitado pela superfície superior do plano horizontal (π) e pela superfície anterior do plano vertical (π’); c) 3º Diedro: limitado pela superfície inferior do plano horizontal (π) e pela superfície posterior do plano vertical (π’); d) 4º Diedro: limitado pela superfície inferior do plano horizontal (π) e pela superfície anterior do plano vertical (π’). A interseção entre os planos de projeção, ou seja, a reta comum aos planos (π) e (π’), é chamada linha de terra, identificada por (ππ’). figura 03 figura 04 3) Obtenção das Projeções de uma Figura As projeções de uma figura projetiva, ou melhor, de um objeto (f) podem ser obtidas posicionando-a em qualquer dos quatro diedros. Os raios projetantes, partindo simultaneamente dos centros projetivos (O)∞ e (O’)∞ ao cortarem os planos de projeção definem na superfície de cada um suas respectivas projeções da seguinte forma: a) Os raios projetantes que partem de (O)∞ e incidem perpendicularmente sobre (π); definem neste plano de projeção a figura f; b) Os raios projetantes que partem de (O’)∞ e incidem perpendicularmente sobre (π’); definem neste plano de projeção a figura f .’ Suponhamos então que a figura objetiva (f) esteja situada no 1º Diedro. Figura 05 4) Método da Dupla Projeção Ortogonal Consolidadas as projeções, o próximo passo é fazer com que um dos planos de projeção gire em torno da linha de terra de tal sorte que sua superfície se superponha à superfície do outro plano. Que seja (π) o plano que gira no sentido horário em torno da linha de terra até que sua superfície se superponha a de (π’). Após o giro, a imagem de f’ ficará posicionada acima da linha de terra, configurando a projeção vertical de (f) ao passo que a imagem de f ficará posicionada abaixo da linha de terra, configurando a projeção horizontal de ( f). Figura 06 Na verdade, o que o método mongeano proporciona é a representação simultânea das projeções vertical f’ e horizontal f da figura (f) num mesmo plano. A este desenho chamamos épura.Figura 07 5) Amarração Geométrica de uma Figura nos Planos de Projeção Objetivando amarrar a figura objetiva (f) (objeto a ser projetado) aos planos de projeção (π) e (π’) foram estabelecidas o que se convencionou chamar de coordenadas descritivas dos pontos pertencentes à figura, pontos estes suficientes para determinar suas respectivas projeções naqueles planos. Assim sendo, podemos concluir que o ponto é o menor elemento geométrico de qualquer figura que se queira representar através de suas projeções. Seja então um ponto (P) do espaço, isolado ou pertencente a uma figura (f). A projeção horizontal de (P) será também um ponto, identificado como P. A projeção vertical de (P) será outro ponto, identificado como P’. A amarração de (P) aos planos de projeção (π) e (π’) é feita através dos seguintes parâmetros: x: abcissa de (P), designada P0, é a distância de (P) a um plano perpendicular simultaneamente a (π) e a (π’), identificado como (π0) e também chamado Plano de Origem das Abcissas. A interseção deste plano com (π) e (π’) é um ponto da linha de terra, identificado como O0 e chamado na épura como Origem das Abcissas. y: afastamento de (P), é a distância de (P) ao plano (π’) . É fácil concluir que a distância de (P) a (π’) é igual à distância de P à linha de terra (ππ’). z: cota de (P), é a distância de (P) ao plano (π). Também á fácil concluir que a distância de (P) a (π) é igual à distância de P’ à linha de terra (ππ’). Figura 08 Os parâmetros x, y e z são as chamadas coordenadas descritivas de um ponto qualquer do espaço. No caso do ponto (P), a caracterização descritiva de (P) é feita da seguinte forma: (P): (xP; yP; zP) Verifica-se, ainda, que o polígono definido por (P), P’, P0 e P é um retângulo. onde, como já foi visto, teremos: distância [(P), (π’)] = distância [P, P0] distância [(P), (π) = distância [P’, P0] Se (P) está localizado no 1º Diedro e sendo conhecidas suas coordenadas descritivas, a épura do ponto (P) será a representação gráfica das projeções do ponto (P), de tal sorte que: XP , abcissa de (P): distância O0P0 YP, afastamento de (P): distância PP0 ZP, cota de (P): distância P’P0 Podemos então concluir que as projeções ortogonais, vertical e horizontal, de uma figura qualquer do espaço (figura objetiva ou, simplesmente, objeto) ficam perfeitamente definidas pelas projeções correspondentes das projeções dos pontos suficientes para caracterizá-la. Em resumo, podemos definir épura como sendo a representação gráfica plana das projeções ortogonais de uma figura qualquer do espaço, desde que se conheçam ou seja possível determinar, simultaneamente, suas projeções ortogonais em dois planos de projeção perpendiculares entre FUNDAMENTOS DO DESENHO TÉCNICO 1) Comparações entre a Geometria Descritiva e o Desenho Técnico O método geométrico utilizado para representar as projeções verticais e horizontais dos elementos que caracterizam uma determinada figura do espaço em um único plano são absolutamente idênticos, tanto na Geometria Descritiva, quanto no Desenho Técnico. O que muda, na verdade, são apenas as denominações geométricas de alguns elementos, como os “apelidos” já consagrados nas normas de Desenho Técnico. As representações gráficas da Geometria Descritiva, de um modo geral, limitam- se às projeções horizontal e vertical da figura objetiva. As projeções em outros planos são utilizadas somente em procedimentos auxiliares para determinar a verdadeira grandeza da figura (VG) ou para determinar algum de seus elementos cuja representação nos planos (π) e (π’) não seja possível pela metodologia convencional. No Desenho Técnico, além das projeções horizontal e vertical, outros planos de projeção costumam ser utilizados, desde que necessários para o pleno entendimento do objeto através das suas projeções. Assim sendo, são utilizados, também como planos de projeção, planos de perfil de um lado e do outro do objeto, um plano horizontal acima do objeto e outro, vertical, á sua frente. É como se o objeto ficasse posicionado no interior de um cubo. É importante salientar que no Desenho Técnico a posição da figura em relação aos planos de projeção é de fundamental importância. Deve-se sempre posicioná-la de tal maneira que suas faces planas principais fiquem paralelas aos planos principais de projeção. Convém não esquecer que a posição do observador é a mesma, tanto na Geometria Descritiva, quanto no Desenho Técnico. No 1º Diedro o objeto se situa entre o observador e os planos de projeção ao passo que no 3º Diedro, os planos de projeção se interpõem entre o objeto e o observador. No Desenho Técnico as coordenadas descritivas não são usadas. As dimensões do objeto é que irão caracterizar as suas respectivas projeções. As linhas de terra que seriam tantas quantas fossem os pares de planos de projeção utilizados, simplesmente deixam de existir. Uma das diferenças marcantes entre a representação convencional de uma figura pela Geometria Descritiva e outra pelo Desenho Técnico/Desenho Técnico é que, nesta última, são utilizados apenas o 1º e o 3º Diedro. As normas brasileiras admitem ambos, mas a preferência pelo o 1º Diedro pelos projetistas é notória. Outra diferença marcante é que no Desenho Técnico as projeções cilíndricas ortogonais são chamadas vistas ortográficas, embora ambas sejam rigorosamente iguais. No plano horizontal de projeção, a projeção horizontal do objeto passa a ser chamada vista superior ou planta ao passo que sua projeção vertical passa a ser sua vista frontal ou elevação. Um plano de perfil situado à esquerda do objeto e usado como um plano vertical auxiliar de projeção nos fornecerá o que chamamos vista lateral direita do objeto. Outro plano, também de perfil, mas à direita do objeto, nos fornecerá a vista lateral esquerda do mesmo objeto. Sendo importante conhecer a parte inferior deste objeto, será necessário um plano horizontal acima dele que fornecerá sua vista inferior. Se for necessário conhecer a parte de trás do objeto, a inserção de um plano vertical à frente dele nos fornecerá sua vista anterior. Os planos de projeção assim descritos formam o cubo que envolve o objeto. A planificação deste cubo permite mostrar ordenadamente todas as vistas ortográficas num mesmo plano de representação. Tomando como principal a vista frontal, em relação a ela, teremos: a) No 1º Diedro: vista superior, abaixo; vista inferior, acima; vista lateral esquerda, à direita; vista lateral direita, à esquerda e vista anterior ao seu lado; b) No 3º Diedro: vista superior, acima; vista inferior, abaixo; vista lateral esquerda, à esquerda; vista lateral direita, à direita e vista anterior ao seu lado; 2) Obtenção das Vistas Ortográficas no Primeiro Diedro A figura 01 mostra um paralelepípedo envolvido por um cubo cujas faces são as porções dos planos de projeção onde serão representadas as vistas ortográficas. As setas indicam a posição do observador em relação ao cubo, para se obter cada uma das vistas. É importante observar que, em todas as seis posições, teremos sempre o objeto situado entre o observador e o plano de projeção. Isto significa dizer que o objeto – no caso, o paralelogramo – está localizado no primeiro diedro. Figura 01 A figura 02 mostra o cubo, em perspectiva, depois de planificado. Mantendo fixa a face que contém a vista frontal (VF), observamos o seguinte: 1) a face que contém a vista superior (VS) do paralelepípedo equivale ao plano horizontal de projeção da GD e, por isso, está abaixo da VF; 2) a face que contém a vista inferior (VI), portanto, está acima da VF; 3) a face que contém a projeção do que o observador vê à direita do paralelepípedo(VLD), está a esquerda da VF; 4) a face que contém a projeção do que o observador vê à esquerda do paralelepípedo (VLE), está a direita da VF; 5) a face que contém a projeção da parte de trás do paralelepípedo (VA), tanto pode estar ao lado da VLD, como da VLE. Figura 02 A figura 03 mostra a planificação do cubo, agora no plano desta página. Como pode ser visto, é de suma importância a manutenção dos alinhamentos das arestas de contorno das projeções. Na vista frontal, nas vistas laterais e na vista anterior, são mostradas as arestas que definem a face inferior e a face superior do paralelepípedo, respectivamente, segundo um mesmo segmento de reta. A distância entre estes segmentos é o comprimento das arestas laterais que definem a altura do paralelepípedo. As arestas que definem a vista inferior, a vista frontal e a vista superior, também estão alinhadas segundo segmentos de reta que definem a largura do paralelepípedo. Estes alinhamentos são importantes porque mostram as reais medidas do objeto sem necessidade de informações sobre abcissas, cotas e afastamentos, dimensões que caracterizam as representações da Geometria Descritiva. Figura 03 A figura 04 mostra todas as seis vistas do paralelepípedo, agora sem as linhas auxiliares da construção. É importante observar que apenas a vista frontal e a vista superior foram dimensionadas, uma vez que são suficientes para definir as dimensões do paralelepípedo. A representação somente das vistas necessárias para caracterizar um objeto, é outra característica importante do Desenho Técnico. Figura 04 Escalas Numéricas e Escalímetros Na Geometria Descritiva, costuma-se usar o centímetro ou o milímetro como unidade de grandeza das coordenadas descritivas. No Desenho Técnico,,no Brasil, é usado o sistema métrico para dimensionar o objeto de um projeto de engenharia ou arquitetura. Para reproduzi-los graficamente aos limites das dimensões padronizadas (tamanhos A0, A1, A2, A3, A4, etc) ou outras, recorremos ao uso das escalas, gráficas ou numéricas. A escala de um desenho de projeto é a relação matemática entre as dimensões que “cabem” no desenho e as dimensões reais do objeto que será representado. Suponhamos então uma casa que vai ocupar um espaço de 8 m de largura por 15 m de comprimento, num terreno que mede 12 m x 30 m. Este é um caso simples, mas típico, em que precisamos usar uma escala de redução para representar esta área ocupada num desenho que mostre o tamanho do terreno, onde estará localizado a casa, desenho este que é chamado planta de situação. Se, por acaso, por alguma razão técnica, econômica ou legal, esta planta tenha que ser mostrada numa folha tamanho A4 (210 mm x 297 mm), precisamos escolher a escala adequada. À maior dimensão corresponderá a maior dimensão da folha. Deixando uma folga de cerca de 75 mm para cada lado da menor dimensão da folha, sobram 147 mm – podemos arredondar para 150 mm – para traçar a divisa lateral do terreno que mede 30 m, correspondentes a 30.000 mm. Dividindo 30.000 por 150, encontramos 200. Isto quer dizer que a precisamos representar um comprimento de 30.000 mm num segmento de apenas 150 mm, ou seja, cada milímetro do segmento representa 200 mm de divisa. O que fizemos foi adotar um fator de redução de 1/200. Este fator é o que chamamos escala, neste caso, de redução. Esta escala de redução será aplicada às demais dimensões a serem representadas. Assim, no desenho, as testadas do terreno medirão: 12 m = 12000 mm / 200 = 120 mm As fachadas frontal, laterais e de fundos da casa serão representadas da seguinte forma: Fachadas Frontal e de Fundos: 8 m = 8.000 mm / 200 = 40 mm Fachadas Laterais: 15 m = 15.000 mm / 200 =75 mm Para “amarrar” a casa ao terreno, deveremos indicar, pelo menos, a distância da fachada frontal à testada de frente do terreno e a distância de uma das fachadas laterais à divisa correspondente, usando o mesmo artifício. Como vimos, na escala 1/200, cada milímetro representado equivale a 200 mm (ou 2 m) da dimensão real. Dependendo das dimensões do que ser quer representar graficamente e das limitações da folha de desenho, a escala a ser utilizada poderá variar conforme a necessidade. Assim sendo, poderemos ter escalas de redução tipo 1/20,1/50, 1/100, 1/500, etc. Se vamos trabalhar, por exemplo, com uma escala 1/50, cada milímetro representado equivalerá a 50 mm (ou 0,5 cm) da dimensão real. Ou ainda: cada 2 cm equivalem a 1 m, que é a unidade padrão de medida das dimensões reais do que se quer representar. Podemos, então, criar uma régua, graduada em que cada metro da dimensão real corresponderá a um espaço de 20 mm de comprimento, dividido em 10 partes iguais, cada uma correspondendo a 10 mm (ou 1 cm) da dimensão real. Esta régua, graduada desta forma, permitirá executar todo o desenho na escala 1/50 de modo direto, sem necessidade de operações aritméticas adicionais. O uso do escalímetro facilita este trabalho, pois trata-se de uma régua de seção triangular em que cada face mostra escalas diversas já devidamente graduadas que nos permite trabalhar diretamente com a escala escolhida. No total, são 6 escalas, duas por face, assim distribuídas: 1/20 e 1/25, 1/50 e 1/75 e 1/100 e 1/125. Se a representação gráfica exigir ser maior que as reais dimensões do objeto real, são usadas escalas de aumento cujos princípios são os mesmo já vistos, apenas contrários. Os mecanismos de relógios são representados em escalas de aumento. Se a representação gráfica for construída com as mesmas dimensões do objeto real, então estaremos usando uma escala natural. DESENHO PERSPECTIVO Desenho Perspectivo ou simplesmente Perspectiva é a forma de representação gráfica que mostra os objetos tal como são vistos por um observador. A perspectiva cônica, diferentemente de outras formas de representação, é tão próxima da visão real que é chamada perspectiva exata. Por exigir definições rígidas de posicionamento do observador do quadro e do objeto, é raramente usada em projetos mecânicos, estruturais, de tubulações e outros. Por sua exuberância estética, é muito usada como complemento de projetos de arquitetura. Nos projetos de engenharia em geral, duas formas são largamente utilizadas e serão objeto do nosso estudo. I) Perspectiva Paralela. II) Perspectiva Axonométrica ou Axonometria. PERSPECTIVA PARALELA A Perspectiva Paralela é um caso particular do Desenho Projetivo quando os raios projetantes são inclinados em relação aos planos de projeção. Nos projetos de engenharia a projeção cilíndrica oblíqua do objeto é formada no plano vertical de projeção agora chamado quadro, e pode ser associada à visão do objeto por um observador situado num nível uma acima dele. Como será visto adiante, dependendo da altura do observador em relação ao objeto, se pequena ou grande, esta forma de representação pode ser chamada Perspectiva Cavaleira, como se o objeto fosse visto por um observador montado a cavalo, ou Perspectiva Aérea ou Vôo de Pássaro. PERSPECTIVA CAVALEIRA Na Perspectiva Cavaleira as projeções verticais dos raios projetantes são chamados fugitivas. A posição dos raios projetantes é tal que no plano horizontal de projeção o ângulo que suas projeções fazem com a linha de terra é sempre 45°, com abertura para a direita ou para a esquerda. No plano vertical de projeção, o ângulo (α) que suas projeções fazem com a linha de terra pode ser de 30°, 45° ou 60°. A figura 01 mostra as projeções oblíquas (perspectiva cavaleira) de um paralelepípedo no plano vertical de projeção (quadro) em que as projeções verticais dos raios projetantes (fugitivas) fazem 45°E (abertura para a esquerda) com a linha de terra.A posição do objeto deve ser tal que uma de suas faces planas (geralmente a maior) fique paralela ao quadro. Figura 1 Observa-se claramente que a imagem do objeto perspectivado está muito distorcida: as projeções das arestas (AB) e de todas que lhes são paralelas são maiores que a VG o que é impossível na prática. Para resolver tal problema, foram estabelecidos os seguintes coeficientes de redução CR a fim de compensar as distorções laterais. Assim temos: α CR 30° 2/3 45° 1/2 60° 1/3 Adotando-se um destes CR, a construção da perspectiva cavaleira é imediata e dispensa os procedimentos da Geometria Descritiva, como se vê na figura 02, para os três casos. Para tanto, basta executar os seguintes procedimentos: 1) Traçar uma linha horizontal de referência; 2) Escolher a face que será vista de frente em sua verdadeira grandeza, apoiada sobre a linha; 3) Escolher o ângulo (α), sua abertura (E ou D) e o respectivo coeficiente de redução (CR), elementos que definem a direção das fugitivas; 4) Construir a perspectiva. Figura 2 PERSPECTIVA AÉREA Na Perspectiva Aérea a projeção cilíndrica oblíqua do objeto é formada no plano horizontal de projeção, também chamado quadro. Neste caso, a imagem do objeto é obtida de um observador a uma altura grande do solo e, por isso, era chamada no passado de perspectiva de vôo de pássaro. Nos projetos de engenharia este processo de representação quase não é usado. Na figura 03, o paralelepípedo é visto sob uma perspectiva aérea. Figura 3 PERSPECTIVA AXONOMÉTRICA O princípio do método da perspectiva axonométrica ou, simplesmente, da axonometria se baseia em associar o objeto a ser representado a um triedro trirretângulo, nestas condições entendido como triedro fundamental. As arestas do triedro passam a ser os eixos axonométricos, graduados na unidade de medida que melhor se adeque ao objeto. O vértice do triedro fundamental é a origem dos eixos. A perspectiva do objeto é obtida projetando-se o conjunto triedro-objeto num plano de projeção (quadro) a partir de um centro projetivo previamente escolhido. A posição do triedro fundamental em relação ao quadro irá depender do tipo de perspectiva que se pretende obter, como será visto mais adiante. Na figura 04 está representado somente o triedro fundamental sem o objeto a ele associado. Neste exemplo resolveu-se adotar um sistema de projeções oblíquas para a obtenção da figura perspectivada. Nesta condição o centro projetivo é um ponto impróprio e os raios projetantes são paralelos a uma direção (d). A posição do triedro em relação ao quadro é aleatória, mas os três eixos axonométricos (arestas do triedro) devem cortar o plano do quadro. Na figura 04 devemos observar o seguinte: (O): vértice do triedro fundamental (x), (y) e (z): eixos axonométricos u: unidade de comprimento adotada em (x), (y) e (z) (d): direção dos raios projetantes (π): quadro O : projeção de (O) em (π) O1: projeção ortogonal de (O) em (π) x, y e z: projeções de (x), (y) e (z) em (π) πx ,πy e πz : respectivas interseções de (x), (y) e (z) com (π) ux ,uy e uz : respectivas projeções de (u) em x, y e z πx πy πz : triângulo axonométrico α, β, γ : ângulos que (x), (y) e (z) fazem, respectivamente, com x, y e z Figura 4 Se posicionarmos o triedro fundamental de tal modo que os ângulos que os eixos (x), (y) e (z) fazem com o quadro (π) sejam iguais, os triângulos retângulos (O) πx πy , (O) πx πz e (O) πy πz são iguais. Logo, o triângulo axonométrico πx πy πz ,nesta situação, é eqüilátero. Adotando agora um sistema de projeções ortogonais, a projeção de (O) no quadro coincidirá com o incentro do triângulo axonométrico, ou seja, O πx ,O πy e O πz serão suas bissetrizes internas fazendo, entre si, ângulos de 120º. Consequentemente, teremos: ux = uy = uz = u1 α = β = γ = α1 Este caso particular de perspectiva axonométrica é chamada Perspectiva Isométrica ou, simplesmente, Isometria. A figura 05 mostra como fica, neste caso, o triedro fundamental, os eixos axonométricos e suas projeções no quadro. Evidentemente, ux = uy = uz < u. Mais precisamente, ux = uy = uz = 0,816 x u. Como a perspectiva axonométrica e, no caso, a isometria, não são formas de representação exata, não há o menor sentido em se adotar o coeficiente de redução real, ou seja, para efeitos meramente práticos pode-se adotar: ux = uy = uz = u Figura 5 Para construir a perspectiva isométrica (ou isometria) de uma figura será preciso desenhar os eixos x, y e z (projeções dos eixos axonométricos, agora identificados como os próprios eixos axonométricos), sem necessidade de caracterizar o triângulo axonométrico porque se trata de uma isometria. Neste caso, os eixos fazem entre si, ângulos de 60º. Estes eixos deverão ser prolongados além de O (projeção do vértice do triedro fundamental) para facilitar a o apoio da figura sobre os mesmos. Se o objeto a ser perspectivado é, por exemplo, um paralelepípedo, pode-se tomar um de seus vértices e fazê-lo coincidir com o vértice do triedro fundamental de tal modo que cada uma das arestas do paralelepípedo que concorrem no vértice tomado fique congruente com cada aresta do triedro, como é mostrado na figura 6. Para desenhá-los basta seguir os seguintes procediemntos: 1) Traçar uma linha horizontal de referência (portanto fina e fraca); 2) Identificar nesta horizontal, geralmente no meio da folha, o ponto O; 3) Traçar por O uma reta vertical (linha fina e fraca) que será o eixo z; 4) Traçar por O uma reta fazendo 30º com a horizontal, abertura para a esquerda e abaixo dela que será o eixo x; 5) Traçar por O uma reta fazendo 30º com a horizontal, abertura para a direita e abaixo dela que será o eixo y; 6) Graduar (se for necessário) os eixos com a mesma unidade de medida; 7) Apoiar a figura sobre conjunto, fazendo coincidir arestas retas com os eixos. Figura 6 TUBULAÇÕES DEFINIÇÃO São sistemas mecânicos destinados ao transporte de fluidos, líquidos ou gasosos, constituídos de tubos, conexões e acessórios e construídos por materiais compatíveis com o tipo e o uso do fluido a ser transportado. CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO USO Com relação ao uso, as tubulações, de um modo geral, são classificadas como: I) prediais: hidráulicas (água quente e fria, esgoto sanitário), águas pluviais e gás; II) urbanas: adutoras, redes de abastecimento de água, redes coletoras de esgotos, redes de distribuição de gás e redes de drenagem pluvial; III) industriais: oleodutos, gasodutos, água industrial e fluidos de processo MATERIAIS UTILIZADOS Os materiais mais usados em cada um dos tipos de uso, de um modo geral, são: I) instalações prediais água quente: cobre, CPVC (PVC reforçado) e PEAD (polietileno de alta densidade) água fria: PVC (soldável ou rosqueável) e aço galvanizado esgotos sanitários: PVC, ferro fundido e cerâmica (manilhas de barro) águas pluviais: PVC e ferro fundido gás: aço galvanizado II) redes urbanas adutoras e redes de abastecimento de água: ferro fundido e polipropileno redes coletoras de esgotos: concreto, cerâmica e ferro fundido redes de distribuição de gás: polipropileno redes de drenagem pluvial: concreto III) tubulações industriais aços especiais, aço galvanizado e aço inoxidável CUIDADOS ADICIONAIS Os projetos de oleodutos e gasodutos necessitam, além do dimensionamento adequado às exigências de cálculo, o conhecimento detalhado das condições locais de instalação, tais como o meio que atravessam (se enterrados, suspensos ou submersos), topografia, temperatura, pressão e umidade. Cuidados semelhantes devem ser tomados para a elaboração dos projetos de adutoras e de tubulações deredes urbanas. TUBULAÇÕES PARA OUTROS USOS Há tipos de tubulação que não são utilizadas para transporte de fluidos, mas como invólucro de proteção para cabos e fios elétricos, telefônicos ou para outras finalidades. I) tubulações elétricas prediais: são chamados eletrodutos e podem ser rígidos (de aço ou de PVC rosqueável) e flexíveis (de PVC ou de polietileno de baixa densidade) II) redes elétricas e telefônicas subterrâneas: normalmente são construídas com dutos cerâmicos específicos para esta finalidade. IV) abreviaturas utilizadas aço galvanizado: FG ferro fundido: F°F° PVC: PVC PVC reforçado CPVC polietileno da baixa densidade: PEBD polietileno de alta densidade: PEAD SIMBOLOGIA Os símbolos acima, utilizados para instalações hidráulicas prediais, são semelhantes aos utilizados para o transporte de outros fluidos, a menos, evidentemente, daqueles específicos, tais como os hidrômetros, medidores de pressão, válvulas especiais e outros. CONEXÕES São peças instaladas entre trechos de uma tubulação destinadas a manter, alterar ou interromper o fluxo do fluido no seu interior. As conexões,e um modo geral, são feitas do mesmo material dos tubos e podem ser classificadas conforme a função que lhe é destinada no sistema, da seguinte forma: I) Mudança de Direção: Joelhos (ou Cotovelos) e Curvas O ângulo da mudança pode ser 90º ou 45º. A mudança de direção nas curvas é suave, com menos perda de carga do que nos joelhos. II) Derivação de Fluxo: Tês, Cruzetas e Junções 45º Quando há diminuição de diâmetro na derivação, os tês e as junções são conhecidas como de redução. Nas cruzetas comercializadas não há diminuição de diâmetros. III) Emendas de Tubos: Luvas e Buchas (ou Niples) As luvas envolvem os tubos e as buchas são internas a eles. Quando há diminuição de diâmetro na derivação, as luvas e as buchas são conhecidas como de redução. IV) Fechamento com Interrupção Temporária de Fluxo: Válvulas (ou Registros) De um modo geral, as válvulas podem ser de gaveta ou de pressão. V) Fechamento com Interrupção Permanente de Fluxo; Tampões (ou Caps) e Bujões (ou Plugs) Os tampões envolvem os tubos e os bujões são internos a eles. A informação dos diâmetros complementam a identificação das conexões. Por exemplo: tê 20 (mm), tê de redução 25x20 (mm), luva 25 (mm), luva de redução 40x32 (mm), joelho ¾ (polegadas), etc... A seguir, algumas imagens de algumas conexões muito usadas em instalações hidráulicas. PROJETOS DE TUBULAÇÃO PLANTA Nos projetos de tubulação a vista frontal é chamada elevação e a vista superior, planta. A figura, a seguir, mostra a planta de uma tubulação tal como ela é, ou seja, tubos e conexões mostrados como se fosse uma fotografia. As conexões foram literalmente identificadas para melhor efeito de visualização. A figura seguinte mostra a planta da mesma tubulação, desta feita representada por símbolos. A identificação das conexões é meramente ilustrativa e não é usada em projetos. A cotagem deve considerar apenas os comprimentos dos tubos, desprezando os das conexões. PERSPECTIVA ISOMÉTRICA Neste caso particular, não houve necessidade de mostrar a elevação mesmo porque a perspectiva isométrica (desenho isométrico ou isometria) é suficiente para caracterizar integralmente todos os elementos do projeto. A figura, a seguir, mostra a perspectiva isométrica da tubulação como se fosse uma fotografia. A figura seguinte mostra a mesma isometria agora representada apenas por símbolos, também perspectivados, como deve sempre ser feito. Somente quando é estritamente necessário, cota-se uma isometria. QUADRO DE MATERIAIS O Quadro (ou Lista) de Materiais mostrado a seguir é comum nos projetos de tubulação, principalmente nas instalações hidráulicas prediais de água, esgoto, águas pluviais e gás. PROJETO COMPLETO Um projeto completo de tubulação deve compreender, de um modo geral, necessariamente: I) Planta II) Elevação III) Isométrico IV) Quadro de Materiais Com relação à simbologia usada para identificar os tubos num projeto, tanto na planta, como na tubulação, deve-se atentar para o seguinte aspecto: Símbolo Planta Elevação Sobe Sai Desce Entra Além da cotagem, os diâmetros dos tubos devem também ser indicados em cada trecho entre conexões de modo a não deixar qualquer margem de dúvidas quanto ao dimensionamento do projeto Quando houver, numa mesma tubulação, uso de materiais diferentes para os tubos, esta identificação se fará necessária na planta e/ou na elevação, independente das quantidades listadas no Quadro de Materiais. Sempre que possível, a planta e a elevação deverão ficar alimnhados, tal como é feito nas vistas ortográficas de peças em geral, o que favorece e racionaliza a cotagem. A seguir, um modelo de projeto completo. DESENHO DE CONSTRUÇÃO CIVIL 1.0) MODADLIDADE DO PROJETO 1.1) Edificações: Habitacionais (prediais, comerciais ou mistas) ou Industriais 1.2) Pontes e Viadutos (estrutura de concreto armado e protendido ou metálica) 1.3) Barragens e Grandes Estruturas 1.4) Estradas (Rodovias e Estradas de Ferro) 1.5) Fundações, Solos e Obras de Terra 2.1) DESENHO DE EDIFICAÇÕES 2.1) Desenhos de Projeto de Arquitetura 2.1.1) Planta de Situação 2.1.2) Plantas Baixas (se edificações de 1 ou 2 pavimentos) ou Plantas do Pavimento-Tipo, do Térreo e da Cobertura (se edifícios) 2.1.3) Cortes 2.1.4) Detalhes Construtivos (Esquadrias, Telhados, Escadas, etc.) 2.1.5) Fachadas 2.2) Desenhos de Projetos de Instalações Prediais 2.2.1) Instalações de Água (plantas, elevações e isométricos) 2.2.2) Instalações de Combate a Incêndio 2.2.3) Instalações de Esgoto Sanitário (plantas e elevações) 2.2.4) Instalação de Gás (plantas, elevações e isométricos) 2.2.5) Instalações de Águas Pluviais (plantas e elevações) 2.2.6) Instalações Elétricas (plantas, esquemas e tabelas) 2.2.7) Instalações Especiais (ar condicionado, tratamento de esgotos, energia solar, telefonia, comunicações via cabo, etc.) 2.3) Desenhos de Projetos de Fundações 2.3.1) Estaqueamento (quando houver) 2.3.2) Formas de Blocos de Coroamento (se houver estaqueamento) 2.3.3) Formas de Sapatas (no caso de fundações diretas) 2.3.4) Formas de Cintas de Amarração (de blocos ou de sapatas) 2.3.5) Armação (de blocos de coroamento ou de sapatas, de cintas, inclusive detalhes e lista e materiais) 2.4) Desenhos de Projeto de Estrutura de Concreto 2.4.1) Formas (de cada pavimento diferente, do pavimento-tipo (se houver), inclusive cortes e detalhes) 2.4.2) Armação (de pilares, de vigas e de lajes, inclusive detalhes e lista de materiais) 2.4.3) Formas e Armações de Partes Especiais (escadas, rampas, torres, reservatórios de água, suportes de antenas, casa de máquinas, etc.) 3.0) DESENHOS DE PROJETO DE ARQUITETURA 3.1) Planta de Situação Tem por objetivo amarrar a edificação no terreno onde será implantada, indicando a projeção da área a ser ocupada e os afastamentos frontais e laterais que deverão ser respeitados entre a edificação e os limites do terreno. Sempre que possível ou por exigência legal, deverá ser indicado na planta o logradouro, sua denominação oficial e o número cadastrado do imóvel ou do lote em que se situa. A escala do desenho deverá ser compatível com as dimensões do terreno e do tamanho da folha de desenho. Quando se trata de edificações de pequeno porte, a situação pode ser indicada na planta de arquitetura ou desenhada no tamanho A-4. 3.2) Plantas de Arquitetura Têm por objetivo caracterizar a essência do projeto, especialmente a divisãointerna e as dimensões dos cômodos, as espessuras das paredes, a localização e as dimensões das esquadrias (portas e janelas), tipos de piso, localização dos aparelhos sanitários e outros aspectos. Para tanto, é feito um corte horizontal a cerca de 1m de altura do nível piso para que todas estas características construtivas sejam identificadas. A planta de arquitetura também é chamada planta baixa. A escala geralmente utilizada é 1:50. 3.3) Cortes Têm por objetivo principal indicar o pé-direito da edificação e as aturas dos peitoris das janelas, das bancas de pia, dos tanques e outras medidas não possíveis de ser indicadas nas plants de arquitetura. Para tanto, os cortes serão transversais e/ou longitudinais e serão desenhados tantos quanto forem necessários para o perfeito entendimento do projeto. A escala utilizada deve ser a mesma das plantas de arquitetura. 3.4) Desenho de Fachadas Têm por objetivo caracterizar o aspecto externo da edificação. 4) EXEMPLO Trata-se do projeto de uma residência unifamiliar, de um só pavimento, ocupando um terreno de, aproximadamente, 300 m 2 , com área construída de 91 m 2 e taxa de ocupação da ordem de 30,3%. Os parâmetros mínimos aos quais o projeto deve atender, tais como área mínima do terreno, afastamentos (laterais, de frente e de fundo) assim como a área e taxa de ocupação, são definidos pela legislação municipal, normalmente no Código de Obras ou nas Leis de Zoneamento e de Uso e Ocupação do Solo Urbano. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS São sistemas destinados a distribuir internamente a energia elétrica recebida da rede urbana para alimentar os equipamentos de utilização que a transformarão em energia mecânica, térmica e luminosa. Conforme o uso a que se destina a edificação as instalações elétricas prediais podem ser residenciais, comerciais, industriais ou mistas. No nosso caso, estudaremos apenas as instalações residenciais. Instalações Elétricas Residenciais 1.0) Componentes 1.1) distribuição: quadros, fios, cabos, eletrodutos, caixas de passagem, disjuntores e chaves corta-circuito; 1.2) dispositivos de iluminação: luminárias, interruptores, luzes de emergência, sinalizadores etc. 1.3) dispositivos de alimentação: tomadas de uso geral e tomadas de uso específico (chuveiro, condicionadores de ar, torneiras elétricas, etc.) 2.0) Potência de Alimentação É a potência correspondente aos consumos considerados nos dispositivos elétricos de iluminação e alimentação, bem como ao fator de demanda respectivo. Pa = (Pilu + Ptug) x g + ∑ Ptue ,onde Pa : Potência de Alimentação, em kW (kiloWatt) Pilu : Soma das potências nominais dos aparelhos de iluminação Ptug : Soma das potências das tomadas de uso geral g : Fator de demanda que caracteriza a simultaneidade de funcionamento dos equipamentos de utilização ligados a um quadro de distribuição. ∑ Ptue : Soma das potências nominais das tomadas de uso específico A tabela, a seguir, apresenta os valores, em %, a serem adotados para o cálculo da Potência se Alimentação, no caso de instalações elétricas residenciais: Pilu + Ptug (kW) g (%) 0 < P ≤ 1 86 1 < P ≤ 2 75 2 < P ≤ 3 66 3 < P ≤ 4 59 4 < P ≤ 5 52 5 < P ≤ 6 45 6 < P ≤ 7 40 7 < P ≤ 8 35 8 < P ≤ 9 31 9 < P ≤ 10 27 Acima de 10 24 3.0) Determinação de Pilu 3.1) Potência mínima de um dispositivo de iluminação: 100 W 3.2) S: área do cômodo 3.3) Considerar 100 W para os primeiros 6 m 2 3.4) Considerar 60 W para cada 4 m 2 excedentes Exemplo: Para uma sala com 28 m 2 de área, teremos: 28 m 2 = 6 m 2 + 5 x 4 m 2 + 2 m 2 , ou seja Pilu = 100 W + 5 x 60 W + 0 = 400 W 4.0) Determinação de Ptug 4.1) Salas, Quartos, Halls e Corredores 4.1.1) Potência Mínima das Tomadas: 100 W 4.1.2) 2p: período do cômodo 4.1.3) Considerar uma tomada para os primeiros 6 m de perímetro 4.1.4) Considerar mais uma tomada de 100 W para cada 6 m (ou fração) excedentes Exemplo: Para uma sala com 26 m de perímetro, teremos: 26 m = 6 m +3 x 6 m + 2m Ptug = 100 W + 3 x 100 W + 100 W = 500 W 4.2) Cozinhas e Copas-Cozinha 4.2.1) 2p: perímetro do cômodo 4.2.2) Considerar uma tomada de 600 W para os primeiros 3,5 m de perímetro, até o máximo de 3 tomadas 4.2.3) Considerar, a mais, uma tomada de 100 W para cada 3,5 m (ou fração) excedente Exemplo: Para uma copa-cozinha com 20 m de perímetro, teremos: 20 m = 3 x 3,5 m (600 W) + 2 x 3,5 m (100 W) + 2,5 m (100 W) Ptug = 3 x 600 W + 3 x 100 W = 2100 W 4.3) Áreas de Serviço e Lavanderias 4.3.1) 2p: perímetro do cômodo 4.3.2) Considerar uma tomada de 600 W para os primeiros 6 m (ou fração) até o máximo de 3 tomadas 4.3.3) Considerar, a mais, uma tomada de 100 W para cada 6 m (ou fração) excedente Exemplo: Para uma área de serviço com16 m de perímetro, teremos: 16 m = 2 x 6 m (600 W) + 4 m (100 W) Ptug = 2 x 600 W + 1x 100 W = 1300 W 4.4) Banheiros Considerar, no mínimo, uma tomada de 600 W 4.5) Subsolos, Garagens e Varandas Considerar, no mínimo, uma tomada 100 W. 5.0) Corrente de Projeto do Circuito de Distribuição É o total da intensidade da corrente elétrica a ser fornecida à edificação. Ip = Pa / Tp , onde: Ip : Corrente de Projeto, medida em A Pa : Potência de Alimentação, medida em W Tp : Tensão adotada no projeto ou a maior, quando for adotada mais de uma, medida em V 6.0) Quantidade de Circuitos Internos de Distribuição De um modo geral, os aparelhos de iluminação e as TUG dos quartos, sala, hall e corredores são agrupados num mesmo circuito, ou em dois ou três conforme o número de cômodos da edificação. O mesmo acontece com os aparelhos de iluminação e as TUG de banheiros, cozinha, copa e área de serviço. A tensão adotada para estes circuitos, de um modo geral é de 127 V. As tomadas ou fontes de alimentação de uso específico, tais como chuveiros elétricos, aquecedores de água, lavadoras de pratos e bombas d’água devem constituir circuitos individuais que são geralmente alimentados por tensão de 220 V. 7.0) Dimensionamento da Seção dos Condutores A especificação dos condutores (fios e cabos, preferencialmente de cobre) que serão utilizados em cada circuito obedecerá a critérios do projeto elétrico que leWrão em conta várias condições, tais como intensidade de corrente, queda de tensão, fatores de correção de temperatura, fatores de potência dos diversos equipamentos de utilização, aterramento, entre outros. Nos projetos residenciais os condutores que alimentam aparelhos de iluminação são, geralmente, de S =1,5 mm 2 . Para as TUG e as tomadas de uso específico até 600 V, S = 2,5 mm 2 . Para alimentar equipamentos em torno de 4000 V (torneiras de água quente, por exemplo) S = 4 mm 2 deve atender. Chuveiros elétricos (cerca de 6000 V) no mínimo S = 6 mm 2 . 8.0) Dimensionamento do Diâmetro dos Eletrodutos O diâmetro dos condutores será determinado, principalmente, em função da seção e da quantidade dos condutores que serão colocados no seu interior, embora outros fatores possam ser considerados, tais como material de fabricação (aço, PVC ou PLBD), aterramento, temperatura ambiente e outros. Um eletroduto de aço Ø ½” pode comportar até 6 condutores isolados de S = 1,5mm 2 , 4 de S = 2,5 mm 2 ou 2 de S =1,5 mm 2 e 2 de S = 4 mm 2 . A partir deste Wlores, passamos para Ø ¾” e assim por diante. 9.0) Símbolos Usados nos Desenhos de Projeto S interruptor de uma seção SS interruptor de duas seções ▲ tomada no piso ∆tomada a meia altura eletroduto embutido no teto eletroduto embutido no piso fase / retorno de fase / neutro tensão do aparelho de iluminação nº do circuito letra sequencial
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