Grandes Erros da Engenharia - Ponte Tacoma Narrows

As vezes não só balança como cai… Foi exatamente assim que a Ponte de Tacoma entrou em colapso.

Se você ficou intrigado (a) sobre como a Ponte de Tacoma entrou em colapso, é preciso entender, antes de tudo, o seu sistema estrutural.

A ponte de Tacoma Narrows foi uma ponte sobre o Estreito de Tacoma Washington, Estados Unidos, inaugurada em julho de 1940 e que veio a cair em novembro do mesmo ano, isso mesmo, a ponte de Tacoma ficou em funcionamento por apenas 4 meses.

Se tratava de uma ponte do tipo pênsil, também conhecida como ponte suspensa, é um tipo de ponte que tem seu tabuleiro suspenso por cabos ou tirantes de suspensão, estes cabos são conectados a um cabo principal que é fixado em cada uma das suas extremidades a um mastro, formando assim uma parábola. A Figura abaixo apresenta o projeto da ponte.

O projeto inicial da ponte foi proposto pelo Engº Clark H. Eldridge, o mesmo previa um custo de execução de 11 milhões de dólares, contudo devido a uma grande recessão econômica, o governo solicitou que fossem diminuídos os custos da obra. Assim Clark H. Eldridge coloca seu cargo à disposição, sendo substituído pelo Engº Leon Moisseiff que reduziu os custos para aproximadamente 7 milhões de dólares. Com o orçamento reduzido, a obra da Ponte de Tacoma foi aprovada pelo governo.

Entretanto, para que os custos fosse reduzidos, era necessário que houvesse uma redução dos materiais, e é ai que está o primeiro grande problema, os pilares de sustentação da ponte, os quais recebem os esforços de todos os carregamentos atuantes na estrutura, foram substituídos por elementos menores com seção I, um de cada lado da ponte, além de uma pequena estrutura interna de suporte do piso. Assim, em 1938 inicia-se e execução da obra da Ponte de Tacoma, com aproximadamente 853 metros de vão pênsil e extensão de 1600 metros. Durante a construção da ponte, percebeu-se que a mesma tinha uma tendência de oscilação muito grande, assim diversos pequenos ajustes foram feitos com o intuito de minimizar esta problemática.

Agora que já conhecemos o projeto e a estrutura, podemos começar a entender o que ocorreu com a ponte de Tacoma.

As primeiras explicações para o motivo da queda da ponte se embasaram nos padrões de movimento da ponte no dia do ocorrido, notou-se que esses padrões eram muito parecidos aos encontrados em casos de ressonância, um fenômeno ondulatório que ocorre quando a energia entregue a um corpo provoca vibrações na mesma frequência que a sua frequência de vibração natural. Assim, a velocidade do vento (65km/h) entregaria uma energia a ponte igual a sua energia de vibração natural, fazendo com que o sistema passasse a vibrar com uma amplitude cada vez maior. Registra-se que neste dia, a ponte apresentou oscilações de até 5m.

Após muitos estudos verificou-se que o verdadeiro motivo do rompimento da ponte é devido a um fenômeno chamado flutter aeroelástico, que trata de uma oscilação auto excitada, pois diferente da ressonância, não há necessidade de repetição constante da força. A Figura abaixo ilustrará como esse fenômeno ocorreu em Tacoma.

Na parte inferior da imagem, é retrata a ação do vento sobre o tabuleiro da ponte, as curvas tracejadas apresenta a variação de pressão causada pelo vento, nota-se que por vezes a pressão é mais intensa na parte de cima e por vezes na parte de baixo, as setes ilustram as forças causadas por essa variação de pressão.

Assim, a escolha errônea dos materiais, associada ao erro nas proporções da ponte (escolhidos para que coubesse no orçamento, lembra?) que resultou em uma baixa rigidez torcional da estrutura, associados a ação do vento, fizeram com que a Ponte de Tacoma rompesse.

No Brasil, a NBR 6123 de 1998 trata das forças geradas pelo vento em edificações, trazendo um procedimento de cálculo simplificado para avaliar situações usuais de projeto.