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Análise da deformação axial de cabos de sustentação de pontes a partir de um modelo experimental

RC: 26934
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CONTEÚDO

ARTIGO ORIGINAL

CAMPOS, Pablo Kristian Trindade [1], MATOS, Leandro Boa Sorte de [2]

CAMPOS, Pablo Kristian Trindade, MATOS, Leandro Boa Sorte de. Análise da deformação axial de cabos de sustentação de pontes a partir de um modelo experimental. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 04, Ed. 03, Vol. 02, pp. 124-132. Março de 2019. ISSN: 2448-0959.

RESUMO

A engenharia civil sempre está acompanhando as mudanças mundiais na sociedade, assim, busca inovar para poder sempre estar em desenvolvimento. Para tanto, a construção de uma ponte suspensa tem uma imensa influência na escolha do sistema estrutural e dos materiais estruturais. Desse modo, o presente trabalho almeja realizar uma análise da deformação dos cabos de sustentação de pontes suspensas a partir de um estudo de caso. Para isso, como objeto de estudo escolhido foi uma Ponte Suspensa por cabos e para demonstrar as forças atuantes e as deformações causadas nos cabos, foi confeccionado um modelo experimental para simulação visual da problemática exposta neste estudo. Portanto, a partir da analise desse modelo, notou-se a existência de uma proporcionalidade dos deslocamentos nos cabos dos dois lados da ponte, fator que comprova a simetria geométrica das peças utilizadas. Logo, constatou-se que os cabos desses tipos de pontes tendem a se deslocarem de forma uniforme, quando sujeitos a uma carga constante.

Palavras-Chave: Resistência dos Materiais, Teoria das Estruturas, Deformações Estruturais.

1. INTRODUÇÃO

Como a sociedade contemporânea esta realidade foi se alterando, nos dias atuais, a presença de maiores detalhes nas estruturas tem chamado a atenção das construções e projetos (MARTHA, 2010). Assim, as construções tem destacado a personalidade ao imprimir uma obra. Outro fator é a utilização eficiente matérias, corretamente calculados e dimensionados para redução de impactos ambientais e segurança dos usuários (MARTINS, 2009).

A partir da necessidade de um interesse maior para o aprofundamento de conhecimentos por meio de conteúdos ligados a área da Engenharia Civil que este trabalho se desenvolveu. Por conta disso, através de um embasamento teórico, pesquisas bibliografias deu-se a constante presença dos conteúdos aqui expostos no dia-a-dia da engenharia (GUARNIER, 2009).

Objetivando demonstrar os novos moldes da engenharia estrutural de uma forma pratica, o presente estudo visa contribuir significativamente para o enriquecimento do meio acadêmico, pois desta forma exerce o papel de estimular estudos mais atuantes e práticos. Assim, incentivando atividades praticas para um melhor preparo dos profissionais da engenharia (RODRIGUES, 2014).

Dessarte, a engenharia civil sempre esta acompanhando as mudanças mundiais na sociedade, assim, busca inovar para poder sempre estar em desenvolvimento, associado a uma redução de custos e melhor eficiência na construção de suas obras. Essa busca constante por meios que atendam estes pilares, levou o cenário da construção civil a fazer uso do aço em suas varias atividades (MARTINS, 2009; MARTHA, 2010).

Nesse contexto, um projeto de estrutura metálica, quando bem elaborado, leva a diversos aspectos positivos para gerenciamento da obra, como por exemplo, sua elevada resistência e o baixo peso próprio devido a sua excelente propriedade mecânica (BEER; JOHNSTON, 1995).

Portanto, o presente trabalho almeja realizar uma análise da deformação dos cabos de sustentação de pontes suspensas a partir de um estudo de caso, bem como, estudar a importância da análise estrutural e a resistências dos materiais utilizados em construções de pontes.

2. METODOLOGIA

2.1 ESTUDO DE CASO: PONTE SUSPENSA

Como objeto de estudo escolhido foi uma Ponte Suspensa por Cabos de Aço (Figura 01), de forma a demonstrar as forças atuantes e as deformações causadas nos cabos, conforme especificações do desenho em apêndice.

Figura 01 – Objeto de estudo: Ponte Suspensa (sem escala). Fonte: Autores.

2.2 CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO

Esta pesquisa se caracteriza por uma abordagem qualitativa e quantitativa é a mais promissora neste tipo de estudo, pois privilegia visão da questão como um todo, possibilitando a realização de uma análise mais completa. Busca descrever e analisar, com base na literatura, o processo deformação dos cabos presentes em pontes suspensas.

De acordo Maykut e Morehouse (1994), a pesquisa qualitativa, em âmbito geral, pode ser caracterizada como uma metodologia que produz dados a partir de observações oriundas do estudo de lugares, pessoas ou processos com os quais onde cabe ao pesquisador procurar estabelecer uma relação intrínseca para entender e discutir os fenômenos estudados. Normalmente, esses estudos partem de âmbitos mais amplos para questões mais específicas à medida que se desenvolve a pesquisa, como o caso em questão.

Neste contexto Gil (2009), define uma pesquisa como um processo formal e sistemático de desenvolvimento a partir de uma metodologia científica pré-definida proporcionando a busca de resposta para determinados problemas por meio do uso de procedimentos científicos.

Para Yin (2005), a escolha dos métodos de pesquisa deve atender os objetivos e as condições nas quais uma pesquisa está sendo realizada, devendo-se procurar uma melhor adequação entre o método. Assim, não existe nenhum método que seja melhor ou pior que algum outro, e sim mais adequado para o estudo realizado.

A partir destes prismas, pode-se constatar que o uso da pesquisa qualitativa atrelada à quantitativa é extremamente amplo e flexível, podendo ser utilizada para estudos em uma vasta categoria de fenômenos e condições, em especial, na área da engenharia.

2.3 ETAPAS DE ANÁLISE

Como este estudo se fundamenta em uma análise qualitativa e qualitativa de cabos, foram buscados dados por meio de vários mecanismos em cada fase do trabalho, pois esse tipo de abordagem científica dispõe diferentes meios para a realização de uma pesquisa como essa.

Assim, inicialmente foi realizada uma Pesquisa de Revisão de Literatura para o levantamento de conceitos e dados que possibilitará o embasamento da análise da problemática estudada. Esse tipo de pesquisa, segundo Yin (2005), caracteriza-se pelo estudo de materiais de origens diversas e que ainda não receberam um tratamento profundo de análise, ou que podem vir serem reestudados a partir interpretações complementares.

Após de processo inicial de pesquisa bruta, os resultados encontrados foram analisados e selecionados, de forma que o referencial teórico não fique muito extenso e nem destoe do tema central do estudo. Posterior às pesquisas em livros da literatura da área de leitura e escrita, pode ser possível traçar um melhor método de como realizar a análise da deformação dos cabos (adaptados para fios de nylon).

Para tanto, os procedimentos de cálculo de deformação foram discorridos no memorial de cálculo desde estudo.

Assim, foi feito a racionalização e a combinação de ideias para a influência da deformabilidade dos cabos em pontes, mostrando a importância prática para a engenharia civil.

Para melhor apresentação e tratamento dos dados, foram-se utilizados os seguintes softwares: AutoCAD 2016 e Microsoft Excel 2010.

Ao fim, este trabalho foi revisado, quanto ao teor e veracidade dos tópicos abordados, e ainda, foi organizado numa estrutura simples e objetiva, para melhor explanar a temática.

2.4 ETAPAS DE CÁLCULO

Para definir a deformação nos cabos, foi confeccionado um modelo experimental para simulação visual da problemática exposta neste estudo, em escala reduzida (1:100). No experimento, foram utilizadas linhas nylon (diâmetro de 0,30mm) para simular os cabos de aço de pontes suspensa.

Assim, um teste feito com um fio de nylon de 21,5cm (0,215m) de comprimento, 4 quatro cargas distintas (10N, 20N, 30N e 40N) foram aplicadas na ponte, representadas pelo ponto P (Figura 02).

Figura 02 – Diagrama das cargas e deslocamentos da Ponte Suspensa. Fonte: Autores.

Foi considerada no ponto P a carga como crítica e desconsiderado o peso do restante da estrutura (MDF). Como foram utilizadas mais linhas paralelas no cálculo dos cabos da ponte, as cargas serão distribuídas com todos os valores obtidos de, dividindo-se por dois.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Após a adição das cargas, verificou-se que os cabos que romperam com uma carga de 40N e atingindo um comprimento final de 27 cm. Assim, com o cálculo de deslocamento dos cabos (nylon) da ponte suspensa, têm-se os seguintes resultados:

Tabela 01 – Deslocamentos estimados dos cabos do modelo experimental de uma ponte suspensa.

Deslocamentos dos Cabos
Cabos Lado 1 da Ponte Lado 2 da Ponte
AB 275,0 mm 275,0 mm
CD 213,9 mm 213,9 mm
EF 152,8 mm 152,8 mm
GH 91,6 mm 91,6 mm
IY 30,5 mm 30,5 mm

Fonte: Autores.

Nota-se, a partir desses dados, a existência de uma proporcionalidade dos deslocamentos nos cabos dos dois lados da ponte. Assim, os cabos paralelos quando sujeitos a uma carga uniforme, deslocam-se igualmente uniforme. Como esses cabos somente transmitem tração direta, a força axial resultante em todas as seções atua tangencialmente ao eixo longitudinal dos cabos.

Com isso, deslocamentos axiais no eixo dessas peças devem ser previsto em projetos, uma vez que o aço resiste bem a esforço de tração. Contudo, constata-se que os cabos não trabalham da mesma forma quando submetidos a cargas pontuais, como executado nesse estudo.

Para tanto, as maiores deformações foram notadas nos cabos mais próximos ao local de aplicação da carga, com uma diferença de deslocamento de 244,5mm entre os cabos localizados nas extremidades da ponte. Porém, quanto sujeitos a esforços distribuídos homogeneamente na estrutura, os cabos apresentam um comportamento resistivo semelhante.

Portanto, para fazer um uso efetivo da construção com cabos, como pontes suspensas, o projetista deve evitar que grandes deslocamentos e sobrecargas, de modo que os cabos resistam a essa força de tração com segurança e eficiência.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste estudo, almejou-se diante do discorrido fundamentar um projeto de uma ponte suspensa por cabos, para análise na deformação deste, a partir de um estudo de caso.

Assim, a partir do estudo de caso observou-se que distribuição homogênea das forças na estrutura. Em soma, ao analisar o projeto estrutural em questão, pode-se avaliar as propriedades físicas e mecânicas da estrutura, promovendo uma melhor compreensão da deformação de materiais.

Observa-se, ainda, a proporcionalidade dos deslocamentos nos cabos dos dois lados da ponte, fator que comprova a simetria geométrica das peças utilizadas. Logo, os cabos desse tipo de ponte tendem a se deslocarem de forma uniforme, quando sujeitos a uma carga constante.

Dessa forma, na engenharia de estruturas, o projetista deve, ao projetar pontes suspensas por cabos, evitar que grandes deslocamentos e sobrecargas de modo que esses cabos resistam a essa força de tração a eles.

Portanto, o presente estudo possibilitou, a partir da elaboração de projetos estruturais, um maior preparo para analisar situações reais de pontes suspensas e estruturas afins. Podendo, melhorar sua desenvoltura para encontrar as melhores soluções de problemas e desenvolvimento de novas técnicas construtivas.

REFERÊNCIAS

BEER, Ferdinand P.; JOHNSTON JR., E. Russell. Resistência dos materiais. 3. ed. São Paulo: Makron Books, 1995.

GUARNIER, C. R. F. Metodologias de Detalhamento de Estruturas Metálicas. Dissertação (pós-graduação) Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto, 2009.

HIBBELER, R.C. Estática – Mecânica para Engenharia. 6ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall. 2011.

MARTHA, L. F. Métodos Básicos da Análise de Estruturas. Rio de Janeiro, 2010.

MARTINS, N. M. E. Estudo dos cabos e pendurais de uma ponte pedonal suspensa face ao seu processo construtivo. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.

MAYKUT, P; MOREHOUSE, R. Beginning qualitative research: A philosophic and practical guide, trad. Marina Souza (1994). Bristol, PA: Falmer Press, 1994.

RIBEIRO, Juliano Geraldo. Estruturas Metálicas: Peças comprimidas. PUC Goiás. Goiânia, 2016.

RODRIGUES, A. F. T. Estudo de uma Estrutura Adaptativa Baseada no Conceito de Tensegridade. Lisboa, 2014.

YIN, R. K. Estudo de caso: planejamento e métodos. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005.

[1] Especialista em Planejamento Urbano e Gestão Ambiental, Engenheiro Civil e Licenciado em Matemática, Professor e Engenheiro.

[2] Estudante de Engenharia Civil, Estudante.

Enviado: Janeiro, 2019.

Aprovado: Março, 2019.

 

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Pablo Kristian Trindade Campos

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