Terremotos sempre foram um fenômeno aterrorizante,
e eles se tornaram mais fatais com o crescimento das cidades.
Os edifícios que desabam são um dos maiores riscos.
Por que edifícios desabam em um terremoto,
e como isto pode ser evitado?
Se você assiste muitos filmes sobre desastres,
poderá ficar pensando
que o colapso é diretamente causado pelo solo debaixo dos prédios,
que os sacode violentamente e os despedaçam.
Mas não é realmente assim.
Para começar, a maioria dos prédios não está na linha de falha,
e as placas tectônicas que vibram
situam-se muito abaixo do alicerce dos prédios
Então, na realidade, o que acontece?
De fato, a realidade dos terremotos e seus efeitos nos prédios
são um pouco mais complicados.
Para entenderem isto, arquitetos e engenheiros usam modelos,
como uma matriz bidimensional de linhas representando colunas e vigas
ou uma única linha de pirulitos
cujos círculos representam a massa do edifício.
Mesmo com este nível de simplificação, esses modelos são bem úteis,
pois prever a reação de um prédio em um terremoto
é, antes de tudo, uma questão de física.
Quase todos os desabamentos durante terremotos
não são causados pelos terremotos em si.
Em vez disso, quando o solo se move embaixo de um prédio
ele desloca o alicerce e os níveis mais baixos,
enviando ondas de choque pelo resto da estrutura
fazendo-a vibrar para um lado e para o outro.
A força desta oscilação depende de dois fatores principais:
A massa do prédio, que se concentra na parte inferior,
e sua rigidez,
que é a força necessária para causar uma certa quantidade de deslocamento.
Junto com o tipo de material de construção e a forma de suas colunas,
a rigidez é, em grande parte, uma questão de altura.
Prédios mais baixos tendem a ser mais rígidos e se deslocam menos,
enquanto que os prédios mais altos são mais flexíveis.
Você pode achar que a solução é construir prédios baixos
para que o deslocamento seja o menor possível
Mas, o terremoto na cidade do México em 1985 é um bom exemplo de que não é o caso.
Durante o terremoto,
desabaram muitos prédios entre seis e quinze andares,
O estranho é que enquanto prédios baixos na vizinhança se mantiveram em pé,
prédios com mais de 15 andares também sofreram menos danos,
e constatou-se que prédios de altura mediana que desabaram
tremeram de forma muito mais violenta do que o próprio terremoto.
Como isto é possível?
A resposta tem a ver com algo conhecido como frequência natural.
Em um sistema oscilante,
a frequência é quantos ciclos de idas e voltas ocorrem a cada segundo.
É o inverso do período,
que é quantos segundos leva para completar um ciclo.
A frequência natural de um prédio, determinada pela sua massa e rigidez,
é a frequência em que suas vibrações tendem a se agrupar.
Quando a massa do prédio aumenta
diminui a velocidade de sua oscilação natural
mas quando a rigidez aumenta isto o faz vibrar mais rápido.
Então, na equação que representa esta relação,
a rigidez e a frequência natural são proporcionais entre si,
enquanto que a massa e a frequência natural são inversamente proporcionais.
O que ocorreu na cidade do México foi um efeito chamado ressonância,
em que a frequência das ondas sísmicas do terremoto
coincidem com a frequência natural dos prédios de média estatura.
Como um impulso bem ritmado em um balanço,
cada onda sísmica adicional amplificou as vibrações do prédio
na mesma direção,
fazendo que oscilasse mais ainda, e assim sucessivamente,
e por fim atingindo uma extensão muito maior do que o deslocamento inicial.
Hoje em dia, engenheiros trabalham com geólogos e sismólogos
para prever a frequência dos movimentos do terremoto nas áreas edificadas
para prevenir desabamentos induzidos por ressonância,
considerando fatores como os tipos de solo e de falha,
como também os dados dos terremotos anteriores.
As baixas frequências de movimento causarão mais danos
aos prédios mais altos e mais flexíveis,
enquanto que as altas frequências de oscilação apresentam mais ameaças
às estruturas mais baixas e mais rígidas.
Engenheiros também inventaram formas para absorver choques
e limitar as deformações usando sistemas inovadores.
O isolamento de base usa camadas flexíveis
para isolar o deslocamento do alicerce do resto do prédio,
enquanto sistemas de amortecedores sincronizados cancelam a resonância
oscilando fora de fase da frequência natural
a fim de reduzir as vibrações.
No final, não são os prédios mais resistentes que permanecerão em pé,
mas sim os mais inteligentes.