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Rafael Moreira de Souza
PROJETO ESTRUTURAL 3D VIGAS GERBER
Projeto de Pesquisa submetido ao Núcleo
Interdisciplinar de Pesquisa (NIP) do Centro
Universitário ICESP, como requisito
obrigatório para inserção no Programa
Institucional de Bolsas de Iniciação Científica
(PIBIC) – ICESP
Orientador: Ronaldo Kelly Medeiros
BRASILIA-DF
2019
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Resumo:
Introdução: As vigas Gerber são estruturas pré-moldadas que podem ser de concreto armado ou protendido e sua principal característica é a estabilidade própria e é muito comum em construção de galpões, pontes e prédios, e um dos métodos de construção rápido, limpo e eficaz de trabalhar.
Objetivo: Este trabalho tem por objetivo explicar o modelo de construção Vigas Gerber no curso de engenharia civil usando tecnologias 3D atuais para a elaboração de um projeto estrutural totalmente impresso e abordaremos assuntos gerais para explicar detalhadamente o assunto abordado, toda parte teórica será colocada em prática, com fim de facilitar a leitura do projeto e inovar na forma de ensinar.
Palavras-chaves : Vigas Gerber, Impressora 3D, Projeto estrutural
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SUMARIO
1.INTRODUÇÃO..................................................................................................5
2.JUSTIFICATIVA .............................................................................................19
3.OBJETIVOS ...................................................................................................20
4.MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................21
Orçamento.........................................................................................................21
Cronograma ......................................................................................................22
5.RESULTADOS ESPERADOS .......................................................................23
6.REFERÊNCIAS .............................................................................................24
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INTRODUÇÃO
A Viga Gerber foi patenteada pelo engenheiro Civil Alemão Heinrich
Gottfried Gerber nascido no dia 18 de novembro de 1832, a primeira construção
a qual aplicaram essa técnica foi em uma ponte sobre o rio Regnitz em Bamberg
na Alemanha em 1867, depois desse fato várias construções de pontes, galpões
e prédios começaram a colocar em prática esse tipo de técnica devido a sua
facilidade, rapidez e limpeza no local de obra.
As vigas serão formadas pela associação de vigas simples isostáticas
com alguma delas apoiadas em outras que lhe darão suporte afim de equilibrar
a estrutura no geral, elas serão classificadas em três tipos Vigas em balanço,
Vigas simplesmente apoiadas e Vigas simplesmente apoiadas e com balanços.
Toda vez que uma viga precisar de um apoio outra viga ou apoio terá que
socorrer.
A viga com estabilidade própria dará apoio a viga que não possui
estabilidade fazendo com que o momento gerado pela viga sem equilíbrio possa
ser nulo. A ligação entre as vigas se dá por meio de articulações fixas ou móveis,
a ilustração abaixo irá demonstra como funciona detalhadamente uma ponte de
vigas Gerber.
Figura 1- Ponte Ilustrada Viga Gerber
Descrição de cada Item
• Pilar A e B = Vínculos de segundo gênero que possuem estabilidade própria
que darão suporte a viga C
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• Viga C = Vinculo de primeiro gênero que não possui estabilidade a qual
necessita dos apoios dos pilares A e B para não gerar momento e manter a
estabilidade
• Viga D = A viga é apoiada pelas rotulas C e E equilibrando toda a estrutura
• Viga E = Vinculo de primeiro gênero que não possui estabilidade a qual
necessita dos apoios dos pilares F e B para não gerar momento e manter a
estabilidade
• Pilar F e G = Vínculos de segundo gênero que possuem estabilidade própria
que darão suporte a viga E
Figura 2-Rótulas da Viga Gerber
As vigas que dão suporte são acrescidas de cargas que lhe são
transmitidas pelas rótulas
Rótulas é a ligação entre duas barras de uma estrutura na qual não há
transmissão de momento fletor, ou seja, permite liberdade total de rotação entre
uma e outra barra, Através da rótula só são transmitidos esforços normais
(axiais) e cortantes (transversais)
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Figura 3 – Rótulas ou Dentes Gerber
Para que o projeto estrutural 3D seja realizado precisamos conhecer
detalhadamente todos os componentes que envolve a viga pré-moldada.
As rótulas que serão utilizadas nesse projeto são chamadas de Dentes
Gerber que é bastante usada em construção de pontes, na qual ocorre a
predominância de esforço cortante sobre o esforço normal, elas transmitem
apenas esforços Fx e Fy e são consideradas como uma associação de vigas
simples (biapoiadas, biapoiadas com balanços ou engastadas e livres) umas
com estabilidade própria (CEP) e outras sem estabilidade própria (SEP), as
partes identificadas como SEP são também estáveis, entretanto a estabilidade
delas depende da estabilidade das vigas sobre as quais se apoiam.
Contanto que a estabilidade da estrutura seja mantida, a liberação de
vínculos em estruturas hiperestáticas permitem a consideração das equações de
condições associadas aos vínculos liberados.
MROT= 0
Considere a viga contínua de três vãos.
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Reações de apoio - 5 incógnitas (r=5)
Equações de equilíbrio (ne=3)
A introdução das rotulas 1 e 2 permitem a obtenção de duas equações de
condição.
Equações de condição (nC=2)
A equação pode ser resolvida uma vez que o número de equações disponíveis
são:
n = ne + nc = 5
Inicialmente iremos separar a viga Gerber em vigas isostáticas, em
seguida desenharemos os diagramas de corpo livre da estrutura decomposta em
(reações externas e internas), o diagrama de corpo livre deve ser feito por ordem
crescente de dependência estática, ou seja, primeiro as vigas apoiadas ex figura
2. viga (D), e depois as vigas que dão apoio. ex figura 2 viga. (C e E), e por último
determina-se as reações de apoio são externas ou internas.
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METODOLOGIA
Com base nas teorias acima será elaborado um projeto estrutural
totalmente impresso de um galpão com estrutura de vigas Gerber em 3D,
aplicando na prática essa técnica construtiva, com isso utilizaremos uma
impressora 3D.
Figura 4 - exemplo de como poderá ser feito a estrutura 3D em vigas Gerber
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JUSTIFICATIVA
Nos Estados Unidos casas já estão sendo impressas levando cerca de
24horas economizando bastante no processo construtivo. Com isso veremos
que um dia imprimir casas, prédios e pontes serão algo comum, e daqui uns
anos toda sociedade da engenharia deverá ter profissionais capacitados para
trabalhar nessa área. Com a elaboração dessa pesquisa será mais clara a
visualização de um projeto estrutural de vigas Gerber em uma escala menor de
concreto pré-moldado feito com peças de plásticos simulando o concreto, assim
poderemos enxergar como cada peça se comporta fazendo a estrutura ficar
estabilizada.
COMPONENTES DO PROJETO 3D
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Base: A base do galpão a ser projetado será utilizada uma sapata pré-moldada, onde são utilizadas em lugares com solos confiáveis e estáveis. A sapata pré-moldada exige pouca escavação do terreno economizando bastante no processo de construção onde irá resistir as cargas que serão aplicadas no projeto.
Tipo de Sapata: Será utilizado nesse projeto a sapata isolada, ideal para a sustentação de um só pilar ou coluna. Sapata cálice e colarinho: o cálice ira forma uma perfuração a onde será encaixado o pilar o colarinho é a parte que forma o cálice, ou seja, a estrutura externa da sapata onde contorna a cavidade destinada ao encaixe dos pilares.
Pilares: Os pilares são de dois modelos, o primeiro possuirá um pilar de 25x25cm e dois dentes Gerber com dimensões de 15x15cm utilizados nos cantos do galpão, trazendo apoio a duas vigas, o segundo se faz com um pilar 25x25cm e com 3 dentes Gerber 15x15cm serão colocados onde houver a demanda de 3 vigas.
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Vigas: As vigas Gerber terão um comprimento de 6m e o encaixe possuirá dimensões de 15x15cm onde será posto os dentes dos pilares. Através dos dentes 1 e 2 a viga terá seu momento igual a zero obtendo o equilíbrio e suportara as futuras cargas que a estrutura irá trabalhar.
Cobertura: e para a finalização do projeto foi escolhido um telhado pré-moldado de 2 águas com uma inclinação de 30%.
1° Água
2° Água
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Pré-Projeto Estrutural Completo
O projeto será composto dos seguintes componentes pré-moldados, 11
Sapatas,11 Pilares, 12 Vigas e 8 vigas de telhados.
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Justificativa
Essa pesquisa foi desenvolvida para ensinar a teoria e a pratica de um
projeto estrutural completo feitos de Vigas Gerber, com o trabalho totalmente
impresso o aluno será capaz de entender como funcionar o equilíbrio das forças
na estrutura e como elas são distribuídas igualmente para cada pilar
ocasionando a estabilidade total do projeto.
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Objetivo geral
O objetivo geral da pesquisa consiste em ensinar para o aluno de
engenharia uma técnica de construção muito conhecida de maneira didática para
que o aluno possa colocar toda teoria em prática além de conhecer um
importantíssimo aparelho tecnológico as impressoras 3D, que futuramente serão
de suma importância para o mercado de engenharia Civil.
Objetivo especifico
• Colocar toda teoria em pratica de forma didática
• Criação do projeto estrutural de Vigas Gerber
• Confecção do projeto em 3D
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MATERIAIS E MÉTODOS
O estudo será realizado no Centro Universitário ICESP, junto com o
professor orientador Ronaldo Kelly Medeiros faremos encontros semanais para
discursão e elaboração do projeto estrutural.
Benefícios
A pesquisa tem como principal benefício ensinar aos alunos de
engenharia civil como funciona a técnica construtiva Vigas Gerber na pratica
utilizando impressora 3D na convecção de um projeto estrutural que será feito
ao longo do período da pesquisa.
Orçamento
Materiais Quantidades Valor Unitário
Total
Filamentos 3D Verificar R$100,00 XXXX Curso Modelagem
3D 1 R$500,00 R$500,00
Passagens 40 R$8,50 R$340,00 Impressora 3D 1 R$1600,00 R$1600,00
TOTAL APROXIMADO R$2440,00 Tabela 1 – orçamento aproximado
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CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2019 2020 Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar abr mai jun
Desenvolvimento da pesquisa
Elaboração do projeto que será impresso
Estudo de impressões 3D
Impressão do projeto Estrutural
Revisão do projeto Estrutural
Montagem do Projeto Estrutural
Revisão literária da Pesquisa
Finalização da Pesquisa
Tabela 2 - Cronograma de atividades
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RESULTADOS ESPERADOS
Espera se com esse projeto que o aluno possa ter uma visão completa
desse importante tema da engenharia civil, onde possa aprender de forma clara
e objetiva e futuramente projetar uma estrutura 3D, colocando suas ideias em
prática usando tecnologias que serão de suma importância para o futuro, assim
projetos estruturais poderão ser impressos para verificar se há erros evitando
futuramente desperdícios de materiais e erros na estrutura e consequentemente
economizando desde o processo inicial da obrar ao fim.
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REFERÊNCIAS
Sites
https://tecnoblog.net/236186/casa-impressora-3d/ https://pt.wikipedia.org/wiki/Viga_Gerber http://maisengenharia.altoqi.com.br/estrutural/impressora-3d-na-construcao-civil-brasileira/ http://www.concrelaje.com.br/sapatas-de-concreto/
Artigo
Thomaz E, Carneiro L, Saraiva R. Vigas Gerber com dentes múltiplos: Dimensionamento e detalhamento. VII Congresso brasileiro de Pontes e Estruturas.