O Desastres da Engenharia

Desastres da engenharia: pesquisa bibliográfica sobre o colapso da ponte Tacoma Narrows

Guilherme Zaltran – IPA Metodista – Engenharia de Produção

Resumo

No ano de 1940 ocorreu no estado de Washington, nos Estados Unidos, aconteceu um dos mais emblemáticos desastres da engenharia civil, a ponte Tacoma Narrows desabou após poucos meses de sua inauguração devido a erros de projeto que serão explorados neste trabalho tendo como base bibliografias que analisaram o ocorrido de forma acadêmica. Essas publicações dão conta de que inicialmente foi apontado como causa do desabamento o fenômeno linear de ressonância, mas pesquisas mais recentes apontam que a real causa foi uma instabilidade aeroelástica, um fenômeno que foi melhor compreendido anos após o ocorrido.

Abstract

One of the most emblematic civil engineering disasters occurred in the state of Washington in the year 1940, the Tacoma Narrows bridge collapsed after a few months of its inauguration due to design errors that will be explored in this paper based on bibliographies that analyzed what happened in an academic way. These publications indicate that the linear phenomenon of resonance was first mentioned as the cause of the collapse, but more recent research indicates that the real cause was an aeroelastic instability, a phenomenon that was better understood years later.

1. Introdução

Os desastres de engenharia além de danos materiais e ambientais, em muitos casos colocam em risco a vida humana. Seja qual for a área da engenharia, quando um evento catastrófico acontece, direta ou indiretamente ocorrem perdas consideráveis de tempo, recursos e credibilidade da empresa responsável pela obra. Contudo, a análise das causas do evento possibilita avanços na área e melhor entendimento dos fenômenos físicos relacionados.

Conforme uma pesquisa documental realizada pela Washington University Libraries (2018) e posteriormente disponibilizada em seu site oficial, no início da década de 1920, a zona oeste do estado Washington discutia a construção de uma ponte na região de Tacoma. O grande

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apelo se dava pelo fato de que a Península Olympic era fortemente subdesenvolvida na época, e a ponte diminuiria drasticamente a distância entre Gig Harbor e Tacoma, fornecendo uma nova rota comercial. O projeto de construção da ponte Tacoma Narrows foi iniciado no final da década de 1930 pela equipe de engenheiros do departamento de rodovias do estado de Washington sob consultoria de Leon S. Moisseif e Moran & Proctor. Após alguns problemas contratuais, o consórcio Pacific Bridge Company iniciou os trabalhos em 23 de novembro de 1938.

Após apenas 20 meses, um tempo recorde, a ponte foi inaugurada em 1º de julho de 1940 com 853 metros de extensão, sendo a terceira mais extensa do mundo até então.

1. Metodologia

Para este trabalho foram utilizados como bases bibliográficas sites confiáveis da internet, além da plataforma online Google Scholar para pesquisa de artigos acadêmicos. Foi usado o método de pesquisa de revisão de bibliografia qualitativa, por melhor se encaixar na proposta deste artigo, que apoiado em Lakatos e Marconi (2003), é um apanhado das principais conclusões a que outros autores chegaram, salientando a contribuição da pesquisa realizada.

1. Colapso da estrutura

De acordo com Rodrigues et al (2017), ainda durante a construção havia relatos por parte de técnicos que davam conta de que mesmo ventos com pouca intensidade eram suficientes para fazer com que a estrutura da ponte oscilasse transversalmente, oscilação para a qual a mesma não foi projetada. A FIGURA 1 mostra as oscilações ocorrendo na estrutura.

FIGURA 1 - Oscilação transversal da ponte

[pic 1][pic 2]

Fonte: Washington University Libraries (2018)

Segundo Franklin Miller Jr. (1963, apud Fuller, Zollman e Campbell, 1979), algumas medidas com objetivo de amenizar a oscilação foram adotadas:

“[...] amortecedores hidráulicos em cada extremidade da extensão principal (que, no entanto, se tornaram inoperantes logo após a instalação) e fixadores diagonais (“amarrações”) entre as vigas de reforço e os cabos no meio da extensão. Após a abertura para o tráfego, instalou-se as fixações das vigas nas extensões laterais em blocos maciços de concreto em terra. Estes reduziram as ondas nas extensões laterais, mas não no vão principal.”        

No período entre a inauguração e a queda, não foram percebidas oscilações transversais até que, em 7 de novembro de 1940, uma conjunção de fatores leva a ponte a apresentar novamente tais oscilações, desta vez com uma amplitude bastante elevada, e após cerca de uma hora, ocorre o colapso da estrutura, conforme mostrado na FIGURA 2.

FIGURA 2 - Estrutura da ponte após colapso[pic 3]

Fonte: Washington University Libraries (2018)

1. Hipóteses sobre as causas

Há um consenso de que os ventos de 65 km/h tiveram atuação no processo de ruptura da estrutura da ponte, porém, as primeiras análises afirmavam que os mesmos induziram efeitos lineares de ressonância. Conforme Soares e Barbosa (2012), a análise preliminar dava conta de que o vento se separava na lateral da ponte, o que levava a formação de vórtices na parte contrária de onde os ventos incidiam, implicando assim no surgimento de forças verticais com a mesma frequência das produzidas pela ponte. Anos depois, de acordo com Fuller, Zollman e Campbell (1979), houve um aprofundamento no conhecimento dos fenômenos físicos que levaram ao colapso, e desse aprofundamento surgiram teorias que começaram a clarificar com cada vez mais propriedade o que realmente aconteceu.

Fuller, Zollman e Campbell (1979) apresentam resumos de estudos posteriores que descartam a hipótese da ressonância induzida pelos ventos como causa principal. Estão enumerados a seguir alguns dos estudos citados:

1. Ammann, Karman e Woodroff (1941, apud Fuller, Zollman e Campbell, 1979) não perceberam em seu estudo uma correlação clara entre a velocidade do vento e a frequência natural de oscilação como motivo do colapso;
2. Paine et al (1941, apud Fuller, Zollman e Campbell, 1979) entendia que a causa principal do desastre se encontrava no tipo de vigas de sustentação, no piso e na relação indevida entre largura da ponte e comprimento do vão principal;
3. Steinman e Watson (1941, apud Fuller, Zollman e Campbell, 1979) constataram que neste tipo de estrutura havia uma tendência de as ondulações se transformarem em movimentos de torção, até que tais movimentos atingissem proporções destrutivas;
4. Houghton e Carruthers (1976, apud Fuller, Zollman e Campbell, 1979) afirmou que a instabilidade aerodinâmica causou o desastre de Tacoma Narrows, através do fenômeno conhecido como drapejamento.

Segundo Limas (2007), o drapejamento trata-se da instabilidade aerodinâmica em seções transversais esbeltas de dimensão transversal pequena se comparada a longitudinal que causam oscilações destrutivas nos tabuleiros das pontes de vão longo.

Diversos trabalhos posteriores corroboram e fornecem informações adicionais, inclusive através de modelos matemáticos e de simulações que comprovam o que Faquharson et al (1949) constatou: o colapso da ponte se deveu a forma da seção transversal e a leveza da estrutura da ponte.