Quebrando paradigmas de exemplos clássicos da Engenharia ( ...ou falta dela).

Quebrando paradigmas de exemplos clássicos da Engenharia ( ...ou falta dela).

Você aprendeu que o colapso da ponte Tacoma foi um típico caso de fratura causado pelos movimentos oriundos do fenômeno da RESSONÂNCIA?
Veja o resumo do ocorrido:
Em 7 de Novembro de 1940, caiu a ponte pênsil de 1600 metros (Tacoma Narrows), apenas poucos meses após a sua inauguração.
De madrugada, os ventos atingiram os 70km/h, fazendo a estrutura oscilar muito, deslizando a alta velocidade. A polícia fechou então a ponte ao tráfego. Às 9h30 a ponte oscila em 8 ou 9 segmentos com amplitude de 0,9m e frequência de 36 ciclos por minuto. Às 10h00 dá-se um afrouxamento da ligação do cabo de suspensão norte ao tabuleiro, o que faz a ponte entrar num modo de vibração torcional a 14 ciclos por minuto. O eixo da via, os dois pilares e o meio da ponte são nodos. A partir daí a situação não se alterou muito durante cerca de uma hora, até que às 11h00 se desprende um primeiro pedaço de pavimento e às 11h10 a ponte entra em colapso, caindo no rio.

Os grandes defeitos da ponte foram a sua enorme falta de rigidez transversal e torcional, pois estava ausente o reticulado por baixo do tabuleiro, e a frente aerodinâmica do perfil. Eis aí a quebra do paradigma....
Esse defeito ao contrário do que se publica em alguns livros de física, foi causado por um fenômeno conhecido como FLUTTER AEROELÁSTICO.
O Flutter é costumeiramente confundido com o fenômeno de Ressonância, porém trata-se de uma oscilação auto-excitada que ocorre quando uma superfície sustentadora sofre deflexões (por conta de forças aerodinâmicas) tais que a carga total aplicada se reduz. A deflexão também se reduz, restaurando o carregamento aerodinâmico original, recomeçando o ciclo. Esse fenômeno é muito estudado na concepção aerodinâmica dos aviões e é apontado como uma das maiores causas de fraturas rompimentos repentinos de superfícies aerodinâmicas.
Veja o vídeo a seguir, que demonstra o fenômeno.....
O que acontece caro leitor é que todos os materiais e objetos têm o que chamamos de frequência de oscilação, ou seja, é uma frequência de vibração natural do objeto e depende fortemente de três coisas: Resistência do material, seu tamanho ou elongamento e sua massa. Você pode pensar: “Espera aí, então os aviões que estão voando por aí também tem essa coisa de frequência de oscilação? E ainda não desmontaram no ar por que?” Bem, a resposta é sim para a primeira pergunta, e para a segunda pergunta faremos o seguinte exercício mental: Imagine algumas pessoas de estatura diferentes andando lado a lado, bem, é de se imaginar que as pessoas mais altas têm maior facilidade em andar mais rapidamente que as mais baixas, mas, você já se viu em desconforto quando é obrigado a andar mais devagar do que habitualmente o faz? Isso se dá pelo fato de suas pernas/corpo terem uma frequência de oscilação também e quando andamos, o fazemos colocando um pé a frente do outro com uma frequência, e quando temos a frequência de caminhada igual a frequência dessa oscilação, gastamos o mínimo de energia para a tarefa desejada.
No caso da ponte de Tacoma, a fonte de desgaste foi o vento que gerava uma força oscilante (vento costuma gerar fontes assim) e por infelicidade, a frequência na qual o “vento sopra” na região era a mesma que a frequência natural da ponte, então, a amplitude de movimento da ponte começou a aumentar até não aguentar. “Certo, então se o vento tivesse menor  que a frequência de oscilação, a ponte não entraria em sintonia e como consequência o colapso?” -Correto! “E se fosse frequência maior, o estrago seria maior?” -Não! Se fosse maior o efeito seria o mesmo se fosse menor, bastava que fosse diferente.
Quando um projeto é executado, os engenheiros fazem com que a frequência de oscilação da estruturas seja muito maior do que a velocidade do ar pode gerar e nesses termos, o projeto  é seguro. Sabe-se que a estrutura das pontes não são totalmente rígidas e que ao expor elas a forças aerodinâmicas, normalmente sofrem deformações por flexão, torção ou pela combinação destas.
Este efeito torna-se relevante quando o vento se move em alta velocidade, pois qualquer modificação na forma do perfil aerodinâmico, decorrente das forças aerodinâmicas adicionais, causa modificações nas cargas sobre o perfil, aumentando a deflexão no mesmo. Sem um sistema de controle, este processo pode se realimentar, como os resultados apresentados nesse clássico exemplo da Ponte Tacoma, que mostra o que a Engenharia não deve permitir.
Fontes:
Flutter, o nosso pesadelo
Tempo espichado, espaço encolhido
Ponte Tacoma Narrows