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Em todo o mundo existem diversas regiões que são submetidas a uma actividade sísmica regular, chegando por vezes a ocorrer violentos sismos. As consequências da acção dos sismos dependem da magnitude da acção e da vulnerabilidade das estruturas afectadas.

Na história há diversos registos de pontes que ficaram gravemente danificadas ou que colapsaram por completo durante um abalo sísmico (ver Fig. 3.43). A análise dos efeitos dos sismos sobre as construções tem permitido reflectir sobre os princípios de concepção e a actualização da regulamentação existente, de modo a se procurar evitar a ocorrência de colapsos catastróficos.

A avaliação da capacidade de uma ponte para resistir às acções dinâmicas provocadas por um sismo é uma preocupação de quem dimensiona estruturas novas, cada vez mais complexas e flexíveis, mas também das entidades responsáveis por garantir a segurança de pontes existentes.

Deste modo, é fundamental analisar os danos sísmicos ocorridos nas pontes, para identificar os esquemas de comportamento deficiente da estrutura e permitir retirar ensinamentos importantes, melhorando a sua segurança face a um tremor de terra.

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Fig. 3.43 – Exemplos de danos em pontes causados pela acção sísmica: a) Kobe 1995 Japão; b) San Fernando, California; c) Katrina, USA (Padgett e all 2008).

De uma maneira geral, pode-se dizer que um sismo não é mais do que um deslocamento induzido nas diferentes partes da ponte, provocando uma oscilação nos sentidos horizontal e vertical. A excitação horizontal pode conduzir a solicitações mais fortes, sendo a vulnerabilidade no sentido longitudinal superior à do sentido transversal.

A análise das anomalias em pontes causadas pela acção sísmica pressupõe que seja efectuado o enquadramento da época em que as Obras de Arte foram projectadas e construídas, para se ter noção das técnicas construtivas aplicadas e da regulamentação em vigor.

Os danos mais comuns nas pontes estão relacionados com problemas nas fundações, rotura por corte dos pilares, danos nos aparelhos de apoio e juntas de dilatação, que podem provocar o deslizamento transversal ou longitudinal das vigas e a sua queda.

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Fig. 3.44 – Esquemas de colapso de pontes: a) originado por problemas nas fundações; b) originado pela rotura por corte dos pilares (Kawashima 2009).

Os colapsos originados por danos nas fundações devem-se normalmente à ocorrência assentamentos de apoio causados pela instabilidade dos solos devido à liquefacção das areias ou dos solos. O fenómeno da liquefacção dos solos traduz-se numa redução da rigidez e da resistência devido à formação de pressões intersticiais durante a ocorrência dos sismos. Para fazer face a este fenómeno devem ser preconizadas fundações indirectas (estacas).

Um outro caso típico de dano é a rotura dos pilares por corte, podendo dar origem ao colapso da ponte, por uma rotura frágil, conforme se ilustra na Fig. 3.45. Tal deve-se à falta de confinamento lateral, causada pela existência de uma reduzida armadura transversal para fazer face aos esforços cíclicos combinados do transverso e esforços normais.

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Fig. 3.45– Exemplos de danos em pilares devido à acção sísmica Kobe 1995: a) falta de confinamento lateral; b) dano num pilar curto (Kawashima 2009).

A altura dos pilares intermédios também tem influência no seu comportamento dinâmico, por exemplo quanto maior é a altura dos pilares, menor é o dano, porque os pilares curtos são em geral muito rígidos, apresentando um comportamento desfavorável face às solicitações entre os esforços transversos e os momentos, podendo conduzir a uma rotura frágil por corte (Kawashima 2009).

As pontes em betão com tabuleiro simplesmente apoiado, vigas gerber, juntas de dilatação nos apoios intermédios, apresentam o risco de queda do tabuleiro, devido à reduzida dimensão das mesas de poio.

Nas pontes de elevados comprimentos, constituídas por múltiplos vãos, é importante referir que o projecto deverá ter em consideração o desfasamento da chegada do sismo, isto é, deverá prever que a propagação da onda sísmica pode atingir as diferentes fundações em tempos diferentes.

Muitas das Obras de Arte existentes não foram dimensionadas para suportar um tremor de terra, sendo caracterizadas, nos critérios actuais, por apresentar uma insuficiente segurança face aos sismos.

A avaliação do risco de uma estrutura existente sofrer danos perante a ocorrência de um sismo deverá contemplar, os seus efeitos potenciais sobre as Obras de Arte em função da sua vulnerabilidade. Em particular deverá ser analisado, o grau de hiperestaticidade da estrutura, a curvatura do viés da obra, comprimento da obra, altura dos pilares e encontros, o número de juntas de dilatação, vulnerabilidade dos aparelhos de apoio, regularidade do sistema de apoio, solo de fundação, risco de liquefacção, ano de construção, etc.

Concretamente, a avaliação de pontes existentes devem ter em consideração a existência de pontos frágeis típicos sobre a óptica sísmica, isto é, se a ponte apresenta grande curvatura ou grande viés, se existem articulações gerber, se os encontros apresentam paredes muito altas, se as mesas dos aparelhos de apoio são muito pequenas (ver Fig. 3.46 a)), se existem juntas sobre pilares intermédios, etc.

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Fig. 3.46 – Danos causados pela acção sísmica: a) queda de um tabuleiro, kobe 1995; b) queda de blocos de pedra numa ponte em alvenaria, Turquia 1998 (Wenk 2005).

A observação dos diferentes colapsos ocorridos em todo o mundo, permite referir que as pontes que são em geral mais seguras do ponto de vista sísmico são as Obras de Arte em pórtico, as estrutura do tipo laje de betão armado ou pré-esforçado de vãos múltiplos (com pouco viés) e as pontes em viga pré-esforçados por pré ou pós tensão, quando apoiados em apoios de neoprene com grandes mesas de apoio e caso se encontrem contraventadas. Por oposição, os colapsos de pontes foram observados em estruturas pouco hiperestáticas, contendo elementos de baixa ductilidade, resultantes de uma insuficiente quantidade de armadura transversal e/ou um excesso de armadura longitudinal mal distribuídas nas zonas que trabalham fora do domínio elástico (Calgaro e Lacroix 1997).

As pontes em arco em alvenaria de pedra são dotadas de uma grande rigidez longitudinal, e quando são submetidas à acção sísmica, as fundações dos dois hasteais que suportam o arco são solicitadas forma dessincronizada, podendo originar a descompressão do arco e a queda de blocos de pedra (ver Fig. 3.46 b)).