Instituto Politécnico do Porto 1º CONCURSO DE PONTES

Instituto Politécnico do Porto
1º CONCURSO DE PONTES EM ESPARGUETE
Edição 2011
Índice 1- Introdução ........................................................................................................................ 1
2- Objectivos ........................................................................................................................ 1
3- Fases principais................................................................................................................ 1
4- Regulamento .................................................................................................................... 3
1-Introdução
No âmbito das unidades curriculares das áreas da Estática e da Mecânica de Materiais, é
proposta a construção e ensaio de uma ponte em esparguete num modelo à escala reduzida.
Pretende-se assim despertar no aluno o engenho e a capacidade criativa para solucionar um
problema de engenharia estrutural, recorrendo aos conhecimentos que são adquiridos nas
unidades curriculares referidas.
2-Objectivos
O objectivo principal deste trabalho é projectar, construir e ensaiar de forma destrutiva
um modelo à escala reduzida de uma ponte em treliça. A estrutura da ponte deverá ser
estudada de forma a maximizar a relação capacidade de carga a meio-vão/peso próprio. Não
sendo obrigatório, aconselha-se no entanto a realização de um estudo analítico ou numérico
da estrutura em treliça com carregamento a meio-vão. Para o cálculo numérico sugere-se o
recurso a um dos seguintes programas de cálculo automático simples: FTool, West Point
Bridge Designer, MDSolids ou Arcade. Os links destes programas são:
http://www.tecgraf.puc-rio.br/ftool/
http://bridgecontest.usma.edu/
http://mdsolids.com/
http://urban.arch.virginia.edu/arcade/index.html
As dimensões limite da ponte, propriedades do material e condições de ensaio são as que
constam no ponto 4-Regulamento. A escolha da geometria do modelo a construir à escala
reduzida é feita pelo(s) concorrente(s).
3-Fases principais
Estudo analítico/numérico (opcional): Nesta fase deverá ser calculado o valor do
esforço normal em cada uma das barras em função de uma carga genérica (Q) aplicada a meio
vão. Verificar a segurança em relação à resistência da secção para os estados limites últimos
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de tracção e compressão, e a segurança dos elementos à compressão em relação ao estado
limite último de encurvadura por varejamento, conforme a Tabela nº1 que consta no ponto 4Regulamento.
O valor máximo da carga resistente deverá ser determinado em função do elemento que
atinge primeiro o estado limite último, devendo-se analisar os estados de tracção e de
compressão. Uma boa referência para o processo de cálculo pode ser consultada em 1.
Construção da ponte: Construção do modelo à escala reduzida da ponte em massa
esparguete.
Ensaio da ponte: Ensaio destrutivo da ponte para determinação da carga de resistência
máxima, por aplicação de uma carga aplicada incrementalmente a meio-vão até à ruptura da
estrutura.
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http://www.global.estgp.pt/docente/hbiscaia/concurso_pontesesparguete_regulamento.htm
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4-Regulamento
ARTIGO 1º - ELEMENTOS ESTRUTURAIS
A ponte deverá ser constituída por elementos de massa esparguete do tipo corrente, com
1,75 mm de diâmetro. Estes poderão ser agrupados até 8 elementos para formar os diferentes
segmentos da estrutura. Não é permitido utilizar quaisquer outros materiais como elementos
estruturais ou elementos de reforço que resultem no aumento da resistência mecânica da
estrutura.
Apresenta-se nas tabelas seguintes um resumo das principais propriedades mecânicas do
elemento de massa esparguete corrente com diâmetro de 1,75 mm, obtidas a partir de ensaios
laboratoriais 1.
Tabela 1- Propriedades mecânicas do elemento de esparguete
Massa volúmica [kg/m3]
1300
Módulo de Elasticidade [MPa]
390
Tensão limite à tracção [MPa]
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Tabela 2- Propriedades mecânicas à compressão, sendo L a distância entre nós.
L [mm]
Tensão de
compressão [MPa]
≤ 50
1,6
80
0,8
100
0,5
120
0,35
160
0,28
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ARTIGO 2º - MATERIAIS A UTILIZAR
Na construção da ponte deverá ser utilizado massa esparguete do tipo corrente, como
elemento estrutural, e cola térmica para ligação dos nós. Este material deverá ser adquirido
pelos elementos de cada grupo.
ARTIGO 3º - ELEMENTOS DE LIGAÇÃO
Para facilitar a construção dos segmentos da ponte é permitido o uso cola PVA (cola para
madeira) para unir as extremidades dos elementos de massa esparguete e formar os segmentos
da ponte. A cola térmica só deverá servir como elemento de ligação dos diferentes segmentos
da estrutura. No entanto, o diâmetro do nó criado pela cola não poderá exceder o valor de
15 mm, ver Figura 1.
Figura 1 – Dimensão do nó de cola.
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ARTIGO 4º - CADERNO DE ENCARGOS
4.1- A ponte deverá apresentar um comprimento mínimo de 320 mm, suficiente para
vencer um vão de 300 mm, e um máximo de 340 mm, sem exceder uma massa de 250 g, ver
Figura 2.
Fixação da
ponte
Q
300 mm
320 mm < L < 340 mm
Figura 2 - Dimensões do modelo, carregamento e apoios.
4.2-A ponte à escala reduzida deverá possuir uma largura e altura mínima útil de 90 mm e
60 mm, respectivamente, para que possa ser atravessada por um veículo com estas dimensões.
4.3-A meio vão da estrutura deverá existir um local para apoiar um sistema de aplicação
de carga, constituído por duas barras em madeira de comprimento 130 mm e secção
7x10 mm2, ver Figura 2 e Figura 3. No ponto de apoio das barras é permitida a aplicação de
cola térmica para reforço, contudo, a sua dimensão nunca não poderá exceder os 15 mm de
comprimento, ver Figura 3.
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Figura 3 – Pontos de apoios do sistema de carregamento.
4.4-Durante o ensaio, a ponte será fixa numa das extremidades e simplesmente apoiada na
noutra de forma a criar uma estrutura isostática. Assim, num dos lados da ponte deverá existir
um local para aplicar uma chapa de fixação, ver Figura 2. Na barra usada para fixação deve
ser aplicada cola térmica para evitar o esmagamento da massa pela chapa, ver Figura 4.
Cola
térmica
Figura 4 – Reforço no ponto de fixação da ponte.
ARTIGO 5º - AVALIAÇÃO FINAL
Será calculada a carga específica máxima, definida como o quociente entre a carga
máxima suportada durante o ensaio e a massa da estrutura.
A classificação final do concurso será estabelecida por ordem decrescente da carga
específica máxima registada, sendo o 1º lugar atribuído à estrutura que tiver registado o valor
mais elevado de carga específica.
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