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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Sucessos e insucessos da engenharia civil

Como é que sucessos se transformam em insucessos?

Projeto FEUP 2013/2014 MIEC:

Grupo 2_5:

Supervisor: Xavier Romão Monitor: Catarina Sá Machado

Estudantes & Autores:

Bruno F. B. Martins [email protected] João M. F. F. Salvador [email protected]

Diogo R.R. Pinheiro [email protected] Luís F. M. Pereira [email protected]

João C. A. A. Novo [email protected]

mailto:[email protected]





Faculdade de Engenharia da universidade do Porto

Sucessos e insucessos da engenharia civil: Como é que sucessos se transformam em insucessos? 2/14

Resumo

Ao longo dos anos a Engenharia Civil tem sofrido enormes avanços. Desde as

pirâmides da antiguidade até às enormes obras da atualidade que se têm desenvolvido

técnicas e métodos de maior calibre. Porém, com a inovação e a modernidade vêm também

algumas consequências menos positivas. Prova disso, são algumas construções que, à

partida prometiam ser grandes sucessos para a época, mas que vieram a resultar em

enormes insucessos. A história da Engenharia está cheia de sucessos e insucessos mas

são estes últimos que contribuem para a sua contínua evolução.

Com este relatório pretende-se analisar e discutir aspetos inovadores das

construções da Ponte de Tacoma Narrows e do Viaduto da Hanshin Expressway e, ao

mesmo tempo, aspetos que poderiam ter sido acautelados no projeto inicial das estruturas

de modo a evitar os problemas estruturais encontrados. Posteriormente, vamos estudar que

avanços foram despoletados após estes desastres.



Agradecimentos

Ao supervisor Prof. Xavier Romão e à monitora Catarina Sá Machado por todo o

suporte de informação disponibilizado e tempo despendido.

Aos professores que orientaram as palestras da primeira semana de aulas da FEUP,

pelos conteúdos temáticos relacionados a apresentação de um trabalho e elaboração de um

relatório de modo a que fosse possível a realização deste trabalho.



Índice

1. Introdução 5

2. Ponte de Tacoma Narrows 6

2.1. Introdução 6

2.2. Problema técnico encontrado 7

2.3. Solução desenvolvida para aumentar a estabilidade das pontes 9

3. Viaduto de Hanshin Expressway 10

3.1. Características estruturais da rota de Kobe 10

3.2. O sismo de Kobe 10

3.3. Origem dos danos 11

3.3.1. Inclinação residual dos pilares 11

3.4. Consequências 12

3.5. Aspetos Positivos após desastre do Viaduto de Hanshin Expressway 12

4. Conclusão 13

Referências bibliográficas



1. Introdução

Este relatório foi realizado no âmbito da Unidade Curricular Projeto FEUP.

O relatório tem como tema os sucessos e insucessos da engenharia civil, o porquê

de grandes feitos se transformarem em insucessos.

Vão ser analisadas as razões que levaram aos problemas no comportamento

estrutural e colapso da Ponte de Tacoma Narrows (EUA) e do Viaduto da Hanshin

Expressway (Japão). Relativamente as estas duas estruturas em análise, vão ser feitas

descrições das próprias e abordagens do seu contexto histórico, dos aspetos inovadores da

sua construção e a sua importância socioeconómica. Vão também ser abordados os

problemas técnicos que surgiram e que originaram as instabilidades e posterior colapso das

estruturas bem como consequências dos desastres. Por fim, irão ser discutidas as soluções

que foram encontradas para resolver os problemas encontrados.



2.Ponte de Tacoma Narrows

2.1.Introdução:

Tacoma é uma das cidades mais populosas do estado de Washington, EUA,

localizada perto de Seattle. Dada a sua localização geográfica havia grandes dificuldades de

deslocação, o que por sua vez influenciava o comércio da região. Como tentativa de solução

de modo a que houvesse uma melhor fluidez na deslocação de pessoas e de materiais para

assim desenvolver o seu comércio, em Julho de 1940 foi construída a Ponte de Tacoma

Narrows (figura 1). Porém, esta ponte iria ficar conhecida pelos piores motivos.

Figura 1- Ponte de Tacoma Narrows

A solução da construção da Ponte de Tacoma Narrows incidiu sobre uma ponte

suspensa de dois pilares, uma estrutura recente na época que começava a substituir a

estrutura triangulada. Este tipo de construção permite vencer grandes distâncias ao

contrário das pontes em arco ou em viga. O tabuleiro é suportado por cabos de aço que

passam sobre a terra e que garantem as forças da tração necessária. Como também foi

necessário construir pilares no leito do rio, foram utilizadas câmaras estanques usadas em

obras com água. Esta ponte tinha um vão de cerca de 853 metros e um tabuleiro de apenas

2,4 metros de espessura.

Esta nova forma de construção, mais frágil que a anterior, estava perfeitamente

habilitada a suportar cargas (dinâmicas, estáveis e permanentes). Já tinha sido aplicada,

inclusive, para pontes de menores dimensões.



O vento era um problema relativamente a esta técnica visto que criava instabilidades

estruturais e, em alguns casos, provoca a destruição de estruturas. Porém, o vento não foi

considerado como um fator na construção da ponte. Nesta altura a construção de uma

ponte era baseada na quantidade de veículos que poderiam vir a passar sobre a ponte. A

Ponte de Tacoma Narrows iria apenas suportar tráfego rodoviário. Contudo, esta ponte com

cerca de 1600 metros iria ser a terceira maior ponte suspensa da época e, portanto, iria ser

preciso exceder um bocado os limites no que toca às técnicas da sua construção.

2.2.Problema técnico encontrado

Apesar da construção da ponte Tacoma Narrows ter sido um grande até à data no

mundo da engenharia, o seu colapso totalmente inesperado contribui bastante para os

avanços na engenharia civil.

A verdadeira razão do colapso da Ponte de Tacoma Narrows foi o efeito da ressonância. Ressonância é uma vibração enérgica que se origina num sistema oscilante quando atingido por uma onda mecânica de frequência igual a uma das suas frequências próprias. É a transferência de energia de um sistema oscilante para outro quando a frequência do primeiro coincide com uma das frequências próprias do segundo. Isto significa que, quando um corpo está em repouso ou tem uma frequência natural de oscilação, este entrará em ressonância quando uma força interagir com este corpo tiver a mesma frequência do corpo (figura 2).

Figura 2 - Esquema da atuação do vento e da oscilação da ponte Tacoma. Os ventos que atingiam a ponte causavam uma oscilação na pista, devido a força vertical que era exercida sobre os cabos e

pilastras de sustentação da ponte.



O grande problema da ponte começou logo na sua construção. O seu desmoronamento derivou de uma instabilidade aerodinâmica (resultante do movimento dos fluídos gasosos, as suas características e das forças que exercem em corpos sólidos). São factores como o peso, a rigidez torsional e, especialmente, o formato utilizado na construção da ponte (corte transversal, figura 3) que conferem a estabilidade da mesma. Pequenas alterações no corte transversal de uma ponte podem originar grandes instabilidades quando sofrem a ação dos ventos.

Figura 3 – Corte transversal, formato utilizado na construção da ponte

Assim, a importância do formato do corte transversal na rigidez da ponte durante ventos fortes foi demonstrado em Setembro de 1940, quando a recém-terminada Ponte de Tacoma Narrows desabou num dia com ventos de 64 quilómetros por hora. Devido ao efeito da ressonância já acima referido, a ponte sofreu grandes oscilações (figura 4) que a fizeram entrar num modo de vibração torsional e consequente colapso (figura 5).

Figura 4 – Oscilações do vão da Ponte de Tacoma Narrows



Figura 5 – Colapso da Ponte de Tacoma Narrows

A queda da ponte não provocou feridos visto que tinha sido fechada ao tráfego

quando as oscilações passaram a ser maiores e mais frequentes.

2.3.Solução desenvolvida para aumentar a estabilidade das pontes

Este desastre foi um marco bastante importante no ramo de engenharia civil pois

passou-se a tomar em conta os problemas relacionados com a aerodinâmica das estruturas

como é o caso desta ponte, sendo

atualmente obrigatório fazer ensaios

(por exemplo, utilizando túneis de

vento com a intenção de ver se o

vento provoca instabilidades na

ponte).

Por fim, 10 anos mais tarde esta

ponte foi reconstruída com uma

estrutura muito mais reforçada. Ainda

nos dias de hoje, a “Galloping

Gertie”, como era apelidada,

continua a ser uma atração turística

pela sua história.

Figura 6 – A atual Ponte de Tacoma Narrows



3.Viaduto de Hanshin Expressway

3.1. Características estruturais da auto-estrada de Kobe:

A autoestrada de Kobe foi construída entre 1960 e 1970, e era onde se situava

grande parte do viaduto da Hanshin Expressway. Cerca de 80% dos pilares do viaduto

foram usados para proporcionar espaço para o tráfego sob a via elevada. A sua altura

variava entre 5 a 17 metros. O comprimento do vão estava compreendido entre 20 a 80

metros (com uma média de aproximadamente de 30 metros), onde 90% da supraestrutura

foi definida como simplesmente apoiada.

3.2.O sismo de Kobe

Figura 7 – Falha que originou o sismo de Kobe

A 17 de janeiro de 1995 deu-se o sismo de Kobe, também conhecido por Grande

Sismo de Hanshin-Awaji. Os primeiros relatórios do Instituto de Pesquisas Japonês

indicaram que o epicentro ocorreu a uma profundidade de aproximadamente 16 quilómetros.

O sismo durou cerca de 20 segundos cujo hipocentro se localizava na extremidade da ilha

de Awaji, a 20 quilómetros a sul da cidade de Kobe. A cidade de Kobe localiza-se próximo

da fronteira entre as placas tectónicas do Pacífico, das Filipinas e Eurasiática, sobre as

falhas geológicas de Suma e Suwayama e perto da falha de Nojima (figura 7). O sismo com



uma magnitude a rondar os 6,8 na escala de Richter. Até então, esta região tinha tido pouca

atividade sísmica comparada com, por exemplo, Tóquio e outras partes do Japão.

3.3.Origem dos danos:

3.3.1.Inclinação Residual dos pilares

As pontes são constituídas por viga, pilares e fundação. Existe a hipótese em que os

pilares e a fundação podem causar uma inclinação residual, porém, existe também a

hipótese que consiste na rígida rotação do corpo da ponte, isto é, na deformação residual do

solo.

No entanto, o dano provocado pelas fundações é geralmente muito leve. As

capacidades das fundações são cerca de duas a sete vezes maior que as dos pilares. A

medida residual do deslocamento do solo à volta da autoestrada de Kobe não é suficiente,

logo a rotação do corpo rígido da ponte não é significante. Sendo assim, a inclinação

residual do viaduto é foi causada pela deformação residual dos pilares.

Após o sismo não foi verificado nenhum dano nos pilares. Porém, foi observada uma

grande inclinação, cerca de 20,69° na direção longitudinal e 0,48° na direção transversal

(figura 8). Esta inclinação observada, deveu-se a uma prematura dispensa das armaduras

longitudinais de flexão, que levaram à formação de uma rótula plástica numa zona que não

estava preparada, nomeadamente sem armaduras transversais de confinamento suficientes.

Figura 8 – Inclinação dos pilares do Viaduto de Hanshin Expressway



3.4.Consequências do sismo:

Aproximadamente 6434 pessoas perderam a vida durante o sismo de Kobe, onde cerca

de 4600 eram habitantes de Kobe.

3.5.Aspetos Positivos após desastre do Viaduto de Hanshin Expressway

Devido a todos os edifícios e estradas que desabaram, aos incêndios ocorridos, às

indústrias com danos irreparáveis, às várias mortes a população facilmente se concentra

nos aspetos negativos.

No entanto, nem tudo foi mau. Este desastre serviu de exemplo para construções

futuras. Os especialistas ao procurar a causa do problema originado apreenderam novas

técnicas de construção que originou um sucesso mais elevado na construção de novas

infraestruturas e edifícios. Eles basearam-se em edifícios que resistiam ao sismo, adquirindo

dados valiosos sobre a sua robustez e a capacidade de sobrevivência perante condições

adversas a que foram submetidos.

Figura 9 – Viaduto de Hanshin Expressway atualmente



4. Conclusões

Estes dois exemplos de insucessos na engenharia civil foram um marco histórico

importantíssimo neste ramo, pois serviram como cobaia ilustrando de uma forma literal

alguns pontos fracos na construção de pontes e viadutos que até à data não eram

considerados muito importantes ou desconhecidos. Com estes novos conhecimentos foi

conveniente que surgisse uma alteração no plano de estudo e de conceção de algumas

estruturas, com o objectivo que o produto final seja uma construção eficaz e inabalável,

contribuindo portanto para uma evolução na engenharia civil.



Referências bibliográficas

I. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte

II. http://arcarvalho2.no.sapo.pt/Tacoma%20Narrows%20Bridge.htm

III. http://praticandof.dominiotemporario.com/pf-explica/a-queda-da-ponte-tacoma.html

IV. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_Tacoma_Narrows

V. http://www.engenhariaeconstrucao.com/2011/11/ponte-tacoma-narrows.html

VI. http://www.cienciatube.com/2008/10/ponte-de-tacoma-ressonncia-ou-no-ela.html

VII. http://www.portaleducacao.com.br/pedagogia/artigos/41429/ressonancia-o-curioso-

caso-da-ponte-tacoma-narrows

VIII. http://www.sbmac.org.br/cmac-se2011/trabalhos/PDF/332.pdf

IX. http://pt.wikipedia.org/wiki/Aeroelasticidade

X. http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/96fall/p96au17.cfm

XI. http://factsanddetails.com/japan.php?itemid=863

XII. http://www.japanfinds.com/great-hanshin-earthquake/

XIII. http://ajw.asahi.com/reliving_the_past/leaf/AJ201301170001

XIV. http://web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/eqphotos/eqphotos2.htm

XV. http://sionedmair.tumblr.com/post/21579194343/typicalboy-the-hanshin-expressway-

collapsed

XVI. http://www.fireengineering.com/articles/print/volume-148/issue-5/features/the-kobe-

earthquake-lessons-for-the-united-states.html

XVII. http://www.freeessays.cc/db/23/gci57.shtml

XVIII. https://www.facebook.com/media/set/?set=a.10151284395038183.481976.29934849

8182&type=1

XIX. http://pt.wikipedia.org/wiki/Sismo_de_Kobe

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