Defensas: como funcionam

Defensas metálicas são o mais tradicional dispositivo de proteção de veículos desgovernados, que tendem a atravessar os canteiros centrais ou saírem pelas laterais das estradas. Elas foram objeto de sucessivos estudos e de testes em campos de prova até chegarem aos modelos atuais.

Até a década de 60 o modelo usual nos EUA e no Brasil, aqui conhecido como defensa tipo Armco, era constituído de perfis de aços moldados segundo a forma da figura anexa, justapos­tos por meio de parafusos, formando uma tira contínua, sustentada por postes de madeira ou de aço. No Brasil, o modelo mais comum era de perfis de aço montados em postes de eucaliptos, (eventualmente em postes de madeira mais resistente, com seção quadrada), enterrados no solo a cada 4 metros.

A lâmina moldada era usualmente de aço comercial comum, com 2,5 a 3 mm de espessura, zincada ou pintada.

Nas décadas de 50 e 60 realizaram-se muitas pesquisas, em diversos países, buscando modelos, mais eficientes de proteção aos veículos desgovernados, já que era comum eles ultra­passaram a defensa ou com ela se chocarem perigosamente. Foram estudadas soluções basea­das em cabos de aço, cabos de poliéster, diferentes tipos de perfis abertos ou fechados, bem como vários modelos de barreiras de concreto estudadas e em outro capítulo.

O desenho seguinte nos dá conta de parte dessa variedade de estruturas metálicas estudadas, que registramos aqui a título de curiosidade.

No Brasil, após ampla investigação sobre esses modelos, em que se salientaram a DERSA – Desenvolvimento Rodoviário SA, o DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, com as experiências realizadas e a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, com o grande esforço de normatização que empreendeu, chegou-se a definição de dois modelos bási­cos de defensas metálicas que serão analisados a seguir.

As deficiências então apontadas para a defensa tradicional de perfil aberto, parafusado em postes de madeira eram as seguintes:

• As lâminas metálicas possuíam bordas cortantes em suas extremidades superior e inferior.
• A aplicação das lâminas diretamente sobre os postes de madeira (ou eventualmente de aço) permitia que os veículos que sobre ela deslizassem, se chocassem com os postes – Em algumas aplicações antigas adotou-se a prática de colocar um calço, do mesmo material do poste, entre a lâmina e o poste, para atenuar aquele inconveniente.
• Os postes colocados no solo, através de um processo de abertura de buraco nesse solo com cavadeira, poderiam ser arrancados com pequenos esforço vertical, de baixo para cima, o que ocorria quando algum veículo de frente baixa entrasse entre a defensa e o solo. Aciden­tes desse gênero eram gravíssimos, registrando a crônica especializada um deles no autó­dromo de Tarumã, em que o piloto do carro de corrida foi cortado ao meio.
• O sistema constituído de lâmina maleável presa em postes rígidos apresentavam uma resis­tência ao impacto muito variável, sendo excessivamente grande junto aos postes e bem menor no centro do vão. Assim, o veículo que batesse no poste tinha uma desaceleração brusca e o que batesse no meio do vão produzia uma bolsa, também causando forte desaceleração.
• Todos esses inconvenientes eram, de fato, muito graves. Mas vale explorar ainda um pouco o último deles, que ainda ocorre em muitas defensas metálicas, especialmente as utilizadas nos Estados Unidos.

No modelo tradicional que vimos descrevendo, o que poderia reduzir um pouco o impacto sobre os postes seria a deformação do solo, permitindo que estes inclinassem para trás. Mas contar com isso significa contar com o desconhecido.

Ademais, foi comum a prática de pavimentar o canteiro central de rodovias, como ocorreu, em São Paulo, com a Via Anhanguera, no passado, agravando o problema.

Estudos minuciosos acerca dos problemas antes referidos foram efetuados na década de 60, especialmente na Alemanha e na França, enfatizando a necessidade de as defensas não só se constituírem em um obstáculo para que os veículos desgovernados não saiam das pistas, mas principalmente protegerem os passageiros dos veículos das conseqüências de impactos mui­to fortes. Os relatórios “Anfahrversuche an Leitplanken”, publicado em 1970 pelo “Strassenpau und Strassenverkehrstechnik” e “Barriéres de Sécurité”, publicado em outubro de 1971 pelo “Service D’Études Techniques des Routes et Autoroutes”, do “Ministère de I’Equipement et du Logement”, dão conta exaustivamente dos novos conceitos.

O relatório alemão é o mais minucioso, referindo os estudos feitos em outros países e apresentando conclusões de cerca de 150 testes realizados em campo de prova, com mais de uma dezena de modelos diferentes de defensas e barreiras de concreto, que estão documenta­dos com fotografias, filmes e tabelas de resultados.

Os franceses realizaram um número menor de ensaios, mas valeram-se também das obser­vações feitas com acidentes ocorridos nas próprias estradas, em circunstâncias as mais diver­sas. Sua principal preocupação, entretanto, foi a proteção em obras de arte, onde normalmente a segurança é menor e a gravidade dos acidentes podem ser muito maior.

Em ambos os conjuntos de ensaio, não só se verificou a eficácia dos dispositivos de segurança e as conseqüências de seu comportamento junto aos veículos, mas também se mediram os efeitos causados nos passageiros, graças a utilização de bonecos, dotados de sensores, colocados nos veículos de testes.

Ao analisar os tipos mais correntes de proteção nas obras de arte, os franceses concluíram:

1. Os “guarda-corpos” ou “balaustradas” servem exclusivamente à proteção de pedestres. São calculados para suportar o peso de um certo nú­mero de pessoas debruçadas sobre eles e possuem formas inadequadas à resistência ao movimento de veículos.

2. As barreiras de concreto baixas (45 a 60 cm de altura) dotadas de formato conveniente, capaz de reconduzir o veículo a pista e acentadas junto ao meio fio, justificam-se para vias em que as velocidades reais de tráfego sejam inferiores a 60 km por hora e onde os veí­culos não tenham uma probabilidade de choque com ân­gulos superiores a 15°.

3. Em condições de tráfego diferentes das acima indicadas, ou seja, com velocidades superiores a 60 km/h e ângulos de choque maiores do que 15°, é indispensável aplicar proteção mais eficaz, que pode ser ainda de um tipo leve, para veículos não muitos pesados com velocidades não excessivas, ou do tipo reforçado, para con­dições mais agressivas de trabalho.

Num outro conjunto de análises, os pesquisadores franceses resumem suas conclusões nos seguintes princípios:

1. A defensa, na qual a continuidade jamais deverá ser interrompida, deve constituir uma verdadeira guia lateral para o veículo;
2. Sua flexibilidade deve ser suficiente para que a energia do choque se dissipe sem defor­mação exagerada do veiculo e, por conseguinte, com o mínimo de estrago material;
3. A desaceleração, enfim, para uma dada velocidade e um determinado tipo de veículo, deve ser a mais suave possível no momento do choque;
4. Um problema correlato não pode ser desconsiderado: o da substituição dos elementos destruídos ou danificados pelo choque.

Análogas considerações foram feitas pelos técnicos alemães, ao longo dos amplos estudos que realizavam a respeito. Aliás, os ensaios práticos efetuados demonstraram a necessidade de obediência àqueles princípios.

Em síntese, foram consagradas pelos estudos as seguintes características indispensáveis das defensas e que foram assumidas como fundamentais nos estudos brasileiros que conduzi­ram à normatização das defensas metálicas e, em alguns pontos, também à normatização das barreiras de concreto:

• O desenho da lâmina ou guia de deslizamento deve ter bordas não cortantes. Esse novo desenho, é, hoje, praticamente universal.

• A defensa deve ser contínua. Portanto, as suas juntas parafusadas não se podem romper, assim como a própria lâmina de aço. Desse critério resultaram as especificações do aço e o desenho das juntas.
• A defensa deve absorver a maior parte da energia cinética do veículo, deformando-se, de maneira a evitar impactos fortes nos passageiros dos veículos e devolvendo o veículo a sua diretriz inicial, com ângulo pequeno de retorno e baixa velocidade.
• A resistência do conjunto ao impacto deve ser a mais uniforme possível. Este requisito, bem como o indicado em 3, foram obtidos, especialmente nos projetos alemão e brasileiro, através da concepção do modelo “maleável”.
• A guia de deslizamento deve ficar afastada dos postes de sustentação, de maneira a evitar choques de partes do veículo com esses postes.
• A fixação dos postes ao solo, para evitar o seu arrancamento no acidente, deve ser feita através do emprego de bate-estacas. Quando aplicadas sobre pisos de concreto devem ter chumbadores de grande resistência à tração.

• As defensas não podem ter saliências que provoquem danos maiores aos veículos. Por isso, os parafusos de junção das lâminas, tem cabeças arredondadas e porcas pelo lado interno.
• As extremidades livres das defensas devem ser ancoradas no solo ou parafusadas em elementos de concreto, na transição para eventuais barreiras.

• Trechos muito longos de defensas devem possuir juntas de dilatação, especialmente quando parafusadas em elementos de concreto.

A perfeita compreensão do modo de funcionar das defensas e de seus requisitos são condi­ção importante para que elas sejam fabricadas adequadamente e implantadas de modo a bem cumprirem a sua finalidade.

A partir das características e requisitos antes mencionados, os especialistas brasileiros pro­curam adaptar os conceitos e as normas desenvolvidos na Alemanha às condições brasileiras, sobretudo de natureza econômica. A defensa ideal veio a ser aquela classificada pela ABNT como maleável, podendo ser simples ou dupla, que reproduz o modelo alemão, respeitando todas as especificações do aço, mas com a substituição do poste de sustentação, que na origem é um perfil siderúrgico de norma DIN – IPE – 100, por outro, com a forma de um C, cuja produção fosse mais fácil no Brasil. Essa substituição não se fez com o simples cálculo de um perfil de igual seção ou igual momento resistente, mas com o teste prático dos modelos calcu­lados com resistência similar. Está muito claro nos relatórios internacionais de ensaios que, somente com a comprovação prática, se consegue dimensionar bem as peças para resistirem aos efeitos dinâmicos dos impactos.

Dessa forma, foram colhidas peças originais alemãs, deformadas em acidentes ocorridos em instalação da via Dutra e repetidas as deformações, de maneira controlada, nos laboratórios do Centro Mauá de Pesquisas, do Instituto Mauá de Tecnologia. Depois, ensaiaram-se outros modelos de perfis, até se obter um que sofresse as mesmas deformações com as mesmas tensões e cuja deformação absorvesse igual ou maior energia. Curiosamente, o perfil C final-mente adotado responde aos impactos dos veículos com deformações iguais às do perfil I original, mais absorvendo cerca de 20% mais de energia.

O perfil C 110 brasileiro, além de ter a sua fabricação muito facilitada por ser de chapa de aço estrutural dobrada, teve, sobre o alemão, a vantagem de evitar o momento de torção que aquele sofre e que é responsável pelo seu colapso no limite da deformação.

Ao mesmo tempo, procurou-se desenvolver um outro modelo de defensa, chamada na nor­ma brasileira de semi-maleável, e que se aproximasse mais da experiência americana. Embora reconhecida por todos os técnicos nacionais, a superioridade do modelo da Alemanha, farta­mente documentada por relatórios e filmes cedidos pelo Ministério de Transportes daquele país, argüia-se o custo menor do modelo americano, em que os postes de sustentação são mais espaçados – porém mais resistentes – e em que não há peças de certa complexidade como as cintas e espaçadores do modelo maleável. Procurou-se então desenvolver um espaçador entre a guia de deslizamento e o poste metálico, capaz de absorver energia de impacto.

Os postes desse modelo, do tipo C-150, são igualmente cravados no solo, mas deformam­se menos do que os tipo C-110; daí introduzir-se um elemento adicional, de resto necessário para afastar a guia dos postes. Essa defensa, contudo, não tem a relativa uniformidade de resistência que foi o objeto principal das pesquisas alemãs.

As normas brasileiras são bastante detalhadas quanto aos modelos de defensas e regras para a sua utilização. Não apresentam justificativas, entretanto, para a escolha en­tre os modelos maleável e semi-maleáveis, porquanto tecnicamente a primeira é mais aperfeiçoada e a segun­da, mais econômica.

Além disso, mencionam defensas semi-rígidas e rí­gidas, mas que se destinam a aplicações especiais, principalmente na transição de uma defensa para barreira de concreto e em situações de impossibilidade de utilização de ancoragem. Tais situações serão melhor discutidas no capítulo de aplicações das barreiras e defensas.

Finalmente, é preciso considerar que as defensas metálicas, mercê de seu princípio de fun­cionamento, baseado em sua capacidade de deformação, não são intransponíveis. Esse é um problema de difícil solução, quando se protegem veículos de pesos muito diferentes. Por isso a recomendação de que, em pontes e viadutos, onde em nenhuma hipótese o veículo deve sair da pista, se utilizem barreiras de concreto.