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Mecânica

Por que pontes projetadas para suportar tsunamis acabaram ruindo?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/01/2019

Engenheiros descobrem por que pontes não resistiram aos tsunamis
Os experimentos mostraram que os modelos atuais não são capazes de certificar se uma ponte irá resistir ou não à onda de um tsunami.
[Imagem: Denis Istrati et al. - 10.3390/jmse6040148]

Certificação inadequada

Engenheiros das universidades de Oregon e Nevada, nos EUA, constataram que os modelos técnicos de avaliação usados atualmente não são capazes de avaliar se pontes e viadutos resistirão ao impacto de grandes inundações provocadas por tsunamis ou enchentes repentinas.

Motivados em parte por centenas de pontes destruídas durante tsunamis recentes na costa do Japão e no Oceano Índico, Denis Istrati e seus colegas estabeleceram um novo entendimento da física em ação quando uma onda atinge uma ponte ou viaduto.

Eles descobriram que não é suficiente pensar em termos da carga total da onda que atinge a ponte ou viaduto, que é o método de avaliação usado hoje: também é necessário avaliar a carga em cada componente individual.

É por isso que pontes com capacidade nominal avaliada como capaz de lidar com as ondas que receberam acabaram ruindo. Elas caíram devido ao colapso de partes individuais, que até agora não se acreditava terem um papel suficiente para colocar toda a estrutura em risco.

Pontes contra ondas

Para criar um modelo mais fiel à situação real, a equipe construiu uma ponte de viga aberta em escala de 1:5 e estudou seu comportamento em um simulador de grandes ondas.

"Todos os detalhes estruturais foram incluídos, incluindo as vigas de aço e uma plataforma de concreto representando a estrada. A ponte foi totalmente instrumentalizada para medir as pressões, forças e acelerações da ponte enquanto realizávamos uma série de testes sobre as forças de impacto das ondas do tsunami," detalhou o professor Pedro Lomonaco.

As ondas exercem forças horizontais e verticais, e os resultados mostraram que esses dois máximos não ocorrem necessariamente ao mesmo tempo, uma descoberta que desafia o conhecimento atual.

"Ao contrário da prática recomendada, a aplicação simultânea da força horizontal máxima e da força vertical máxima no centro de gravidade do convés da ponte não permite uma estimativa de elevação conservadora para as conexões individuais entre componentes estruturais," detalhou o pesquisador Solomon Yim.

Isso pode explicar porque a maioria das pontes atingidas por tsunamis recentes ruiu devido não à carga total, mas à quebra das conexões de rolamento, mostrando que esses e outros elementos individuais devem ser levados em conta ao se certificar a resistência da ponte às ondas.

"Nossos experimentos revelam um complexo mecanismo de inundação das pontes que consiste em três fases de subida e uma fase descendente, com cada fase maximizando a demanda em diferentes componentes estruturais," disse Yim.

Engenheiros descobrem por que pontes não resistiram aos tsunamis
Com os resultados, a equipe desenvolveu uma metodologia que os engenheiros poderão usar para projetar pontes mais resistentes.
[Imagem: Denis Istrati et al. - 10.3390/jmse6040148]

Pontes à prova de tsunamis

Com base nos dados do modelo, a equipe desenvolveu uma metodologia que os engenheiros poderão usar para projetar as conexões das pontes, os rolamentos de aço e as colunas para suportar melhor as ondas de tsunamis ou inundações catastróficas.

Modificando a rigidez vertical e horizontal da ponte-modelo, eles descobriram que a transmissão das forças para a subestrutura de suporte mudou significativamente.

"A alta pressão que se desenvolveu sob a ponte desempenhou um papel significativo na estabilidade da ponte, e diferentes medidas de mitigação foram testadas, desde o fechamento das lacunas entre as vigas até a incorporação de ventilação sobre a plataforma de concreto. Os experimentos criaram um banco de dados abrangente para diretrizes de projeto e desenvolvimento e validação de modelagem computacional. Os resultados deste e dos próximos estudos sobre a interação de pontes e tsunamis poderão ser aplicados diretamente no projeto e restauração de pontes - por exemplo, o efeito da ventilação para reduzir o desenvolvimento de elevadas subpressões," disse o professor Lomonaco.

Bibliografia:

Artigo: Deciphering the Tsunami Wave Impact and Associated Connection Forces in Open-Girder Coastal Bridges
Autores: Denis Istrati, Ian Buckle, Pedro Lomonaco, Solomon Yim
Revista: Journal of Marine Science and Engineering,
Vol.: 6 (4): 148
DOI: 10.3390/jmse6040148






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