TIPOS DE COLAPSO

Apesar de a desproporcionalidade entre o evento desencadeador e o resultado do efeito ser a característica principal do colapso progressivo, há diferentes motivos pelos quais isso pode ocorrer. Desta forma, é útil distinguir e descrever os diferentes tipos de colapso progressivo. (STAROSSEK, 2007, p.2302).

Existem seis tipos de colapso de acordo com as razões para a progressividade, o mecanismo desencadeador e suas características: pancake, zíper, dominó, seção, instabilidade e misto. (KOZLOVA, 2013, p. 16; STAROSSEK, 2007, p.2303).

As características e exemplos de casos dos tipos de colapso citados anteriormente serão explicados brevemente nos subitens que seguem abaixo.

2.2.1 COLAPSO TIPO PANCAKE

Os colapsos do tipo pancake são observados com mais frequência após fortes terremotos, embora o episódio desencadeador possa ser outro. Além disso, a extensão deste tipo de colapso pode variar entre a perda de um único pavimento ou até mesmo o colapso total da estrutura. (LALKOVSKI e STAROSSEK, 2014, p.1642).

As principais características do colapso tipo pancake, segundo Starossek (2007, p. 2303) são as seguintes:

 Falha inicial dos elementos que suportam cargas verticais;

 Separação parcial ou total e queda de componentes em movimento vertical;

 Transformação de energia potencial em energia cinética;

 Impacto de componentes estruturais separados e em queda na estrutura remanescente, com posterior falha dos mesmos;

 Progressão do colapso na direção vertical.

Um exemplo de destaque deste tipo de colapso foi observado no desastre do complexo de edifícios do World Trade Center, em Nova Yorque no ano de 2001, em que aviões colidiram com as duas torres principais, desencadeando a perda de capacidade de carga vertical não apenas dos pavimentos do local de impacto, mas progredindo por toda a estrutura. (STAROSSEK, 2007, p. 2303).

2.2.2 COLAPSO TIPO ZIPPER

Já o colapso tipo Zipper não é condicionado à falência inicial dos elementos de suporte da estrutura e ao contrário do colapso tipo pancake não ocorre tipicamente por forças de impacto e sim por uma redistribuição de esforços em caminhos alternativos. (STAROSSEK, 2007, p. 2303).

Para Starossek (2007, p.2303) a dinâmica deste tipo de colapso desencadeia-se da seguinte forma:

 Colapso preliminar de um ou mais elementos estruturais, não necessariamente devido a uma força de impacto;

 Propagação das cargas suportadas nos elementos em falha pelos membros restantes da estrutura;

 Surgimento de cargas dinâmicas impulsivas devido à falha abrupta inicial;

 Resposta dinâmica da estrutura remanescente à carga impulsiva;

 Falha dos elementos semelhantes ou adjacentes aos colapsados inicialmente devido à concentração de força causada;

 Progressão do colapso na direção transversal às forças principais nos elementos em falha.

A propagação das falhas ocorre quando os caminhos alternativos que a princípio se formam no sistema, sobrecarregam os membros restantes e culminam com a falha de elementos indispensáveis à estabilidade da estrutura. (STAROSSEK, 2007, p. 2303).

Para Aoki et al. (2013, p.1) um exemplo deste tipo de colapso pode acontecer quando há a perda de cabos em pontes, por exemplo, resultando então em altas cargas dinâmicas impulsivas na estrutura e provocando por fim um colapso generalizado da estrutura, classificado como colapso do tipo zipper. Este tipo de colapso ocorreu com a Ponte Tacoma Narrows, em 1940 em que depois que os primeiros cabos suspensores se romperam devido às vibrações excessivas induzidas pelo vento na viga da ponte, que se soltou e caiu, como mostra a Figura 8.

Figura 8 - Colapso da ponte de Tacoma Narrows

Fonte: Zaski, (2000).

2.2.3 COLAPSO TIPO DOMINÓ

O colapso do tipo dominó se assemelha ao pancake em alguns aspectos, especialmente na ocorrência e importância das forças de impacto e igualmente por que uma parte substancial da energia potencial é transformada em energia cinemática durante a queda e tombamento dos elementos estruturais nos dois casos. (BI et al, 2015, p. 173;)

Contudo, o colapso do tipo dominó leva algumas características distintivas, como por exemplo, o tombamento de elementos individuais e o fato de que as forças que ocasionam a ação de propagação de falhas não atuem na direção principal das forças transmitidas por aquele elemento antes do inicio do colapso. (STAROSSEK, 2007, p.2303).

Starossek (2007, p.2303) descreveu também o modo de ocorrência do colapso tipo dominó através das etapas descritas a seguir:

 Falha e capotamento em movimento angular de corpo rígido de um elemento em torno de sua borda inferior;

 Transformação da energia potencial em cinemática;

 Impacto lateral da borda superior desse elemento na face lateral de outro, gerando uma força de empurrão de origem estática e dinâmica, já que resulta da inclinação e do movimento do elemento impactante;

 Tombamento do próximo elemento;

Esse tipo de colapso ocorre especialmente em arranjos de estruturas isoladas, por exemplo, torres de transmissão de energia elétrica, que podem tombar causando um colapso de grandes proporções. (STAROSSEK, 2007, p.2303).

2.2.4 COLAPSO TIPO SEÇÃO

Este tipo de colapso ocorre quando uma parte da seção transversal de um membro essencial à estabilidade da estrutura, uma viga, por exemplo, sujeita a um momento fletor sofre ruptura ao longo de seu comprimento e suas forças internas se redistribuem no restante do elemento, causando um aumento substancial de tensão em alguns locais, o que pode resultar na ruína deste e de outros elementos do sistema e assim a progressão da falha inicial. (STAROSSEK, 2007, p. 2304).

O colapso tipo seção normalmente é chamado de fratura rápida e não colapso progressivo. (STAROSSEK, 2007, p. 2304). Para Smith (2006, p.118), a diferença mais notória entre a fratura rápida e o colapso progressivo é que o segundo é um evento dinâmico em que é possível avaliar a energia cinética da estrutura à medida que ocorre o colapso.

Além disso, o colapso tipo seção assemelha-se a outro tipo, o zíper, e por isso os métodos de analogia e para o tratamento de falhas do segundo pode também ser aplicado ao primeiro. (STAROSSEK, 2007, p. 2304).

Starossek (2007, p.2304), salienta que a diferença, no entanto, é que a seção transversal que permite a ocorrência do colapso tipo seção é homogênea, enquanto que a seção de um elemento submetido ao efeito do colapso tipo zíper, uma ponte, por exemplo, é formada por vários elementos de diferentes propriedades.

2.2.5 COLAPSO TIPO INSTABILIDADE

O colapso do tipo instabilidade ocorre quando pequenas perturbações, como imperfeições, por exemplo, conduzem à grandes deformações ou colapso. Este tipo é caracterizado principalmente pela falha de um elemento que estabiliza outro, sujeito à carga de compressão, como por exemplo, elementos de contraventamento ou de treliça. (STAROSSEK, 2007, p. 2304).

Segundo Starossek (2007, p.2305), o colapso por instabilidade do sistema ocorre seguindo os passos a seguir:

 Falha inicial de um elemento estabilizador de outro sujeito à carga compressiva;

 Instabilidade dos elementos sujeitos à compressão;

 Falha destes elementos por pequenas perturbações;

 Progressão do colapso. 2.2.6 COLAPSO TIPO MISTO

Apesar dos tipos de colapso citados anteriormente abrangerem grande parte dos eventos já ocorridos, alguns ainda não se encaixam ou misturam características de mais de uma categoria de colapso.

Por exemplo, se a falha inicial ocorrer por flambagem de uma coluna e esta falha se propague a outras, este poderia ser um colapso do tipo zipper, mas, se posteriormente ocorrer a redução da rigidez e contraventamento da estrutura desestabilizando o sistema, esta já é característica do colapso do tipo instabilidade. (STAROSSEK, 2007, p. 2305).

Um exemplo é o colapso do Murrah Federal Buinding, em Oklahoma no ano de 1995, que envolveu características do tipo pancake e do tipo domino, quando forças horizontais induzidas por falha inicial conduziram ao capotamento outros elementos.