Por que prédios desabam em terremotos? - Vicki V. May

Assista à aula completa: http://ed.ted.com/lessons/why-do-buildings-fall-in-earthquakes-vicki-v-may

Terremotos sempre foram um fenômeno aterrorizante, e eles se tornaram mais mortais ainda com o crescimento das cidades, sendo que o desabamento dos prédios constitui um dos maiores riscos. Mas por que os edifícios desabam em um terremoto? E como isto pode ser evitado? Vicki V. May explica pela física por que não são os prédios mais resistentes que irão permanecer em pé, mas sim os mais inteligentes.

Aula de Vicki V. May, animação de Pew36 Animation Studios.

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.