Porque é que os edifícios desabam com os terramotos? — Vicki V. May

Vejam a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/why-do-buildings-fall-in-earthquakes-vicki-v-may

Os terramotos sempre foram um fenómeno aterrador e tornaram-se mais mortíferos à medida que as cidades têm crescido — onde os edifícios que desabam constituem um dos maiores riscos. Mas porque é que os edifícios desabam num terramoto? E como o podemos impedir? Vicki V. May explica a física da razão por que não são os edifícios mais sólidos, mas os mais inteligentes que se manterão de pé.

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

Os terramotos foram sempre
um fenómeno aterrador

e tornaram-se mais mortíferos
à medida que as cidades têm crescido.

Os edifícios que desabam
consistem num dos maiores riscos.

Porque é que os edifícios
desabam com um abalo sísmico

e como é que o podemos impedir?

Se já viram muitos filmes de desastres

podem ter ficado com a ideia

de que o colapso dos edifícios é causado
diretamente pelo terreno por baixo deles

que oscila violentamente
ou mesmo se divide ao meio.

Mas não é bem assim
que as coisas funcionam.

Por um lado, a maior parte dos edifícios
não estão situados sobre uma falha

e as placas tectónicas em vibração estão
muito abaixo dos alicerces do edifício.

Então o que é que se passa?

A realidade dos abalos sísmicos
e o seu efeito sobre os edifícios

é um pouco mais complicado.

Para perceber isso, arquitetos
e engenheiros usam modelos,

como um conjunto de linhas bidimensionais
que representam as colunas e as vigas,

ou uma única linha com uma esfera
que representa a massa do edifício.

Mesmo quando simplificados a este nível,
estes modelos podem ser muito úteis,

porque prever a resposta do edifício
a um abalo sísmico

é sobretudo uma questão de física.

Muitos dos colapsos
que ocorrem durante o terramoto

não são provocados pelo abalo
propriamente dito.

Acontece que, quando o terreno
se move por baixo de um edifício

desloca as fundações
e os níveis mais baixos

enviando ondas de choque
pela restante estrutura

fazendo com que ela vibre
de um lado para o outro.

A força desta oscilação depende
de dois fatores principais:

a massa do edifício
que se concentra na base

e a sua rigidez

que é a força necessária para provocar
um certo grau de deslocação.

Juntamente com o tipo de material
do edifício e a forma das suas colunas,

a rigidez é sobretudo
uma questão de altura.

Os edifícios mais baixos, normalmente,
são mais rígidos e oscilam menos,

enquanto os edifícios mais altos
são mais flexíveis.

Podem pensar que a solução
é construir edifícios mais baixos

para que oscilem o menos possível.

Mas o terramoto na cidade
do México em 1985

é um bom exemplo
de que não é isso que acontece.

Durante o abalo

desabaram muitos edifícios
entre seis e quinze andares.

O que é estranho é que,

enquanto os edifícios vizinhos
mais baixos se mantiveram de pé,

os edifícios com mais de 15 andares
também sofreram menos danos

e os edifícios de tamanho médio
que desabaram

oscilaram muito mais violentamente
do que o próprio abalo sísmico.

Como é que isso é possível?

A resposta tem a ver com uma coisa
conhecida por frequência natural.

Num sistema oscilante

a frequência é o número de vezes,
por segundo,

dos ciclos de movimento
de um lado para o outro.

É o inverso do período

que é quantos segundos
leva a completar um ciclo.

A frequência natural de um edifício,
determinada pela sua massa e rigidez,

é a frequência em que as suas vibrações
tendem a agrupar-se.

O aumento da massa de um edifício abranda
o ritmo a que ele vibra naturalmente,

enquanto o aumento da rigidez
faz com que ele vibre mais depressa.

Portanto, na equação
que representa a sua relação,

a rigidez e a frequência natural
são proporcionais uma à outra,

enquanto a massa e a frequência natural
são inversamente proporcionais.

O que aconteceu na cidade do México
foi um efeito chamado ressonância

em que a frequência
das ondas sísmicas do terramoto

coincidiu com a frequência natural
dos edifícios de tamanho médio.

Tal como um empurrão
bem dado num baloiço,

cada onda sísmica adicional
amplificou a vibração do edifício

na mesma direção,

fazendo com que ele se inclinasse
ainda mais, e assim sucessivamente,

acabando por atingir uma extensão
muito maior do que a deslocação inicial.

Atualmente, os engenheiros trabalham
com geólogos e sismólogos

para prever a frequência dos movimentos
sísmicos em locais com edifícios

a fim de impedir colapsos
induzidos pela ressonância

tomando em conta fatores
como o tipo do solo e o tipo de falha,

assim como dados de abalos anteriores.

As frequências baixas de movimentos
provocarão mais danos

nos edifícios mais altos e mais flexíveis

enquanto que as frequências altas
de movimento são mais ameaçadoras

para estruturas mais baixas e mais rígidas.

Os engenheiros também conceberam
formas de absorver os choques

e limitar a deformação,
usando sistemas inovadores.

O isolamento da base usa camadas flexíveis

para isolar a deslocação
das fundações do resto do edifício

enquanto amortecedores de massa
sintonizados

neutralizam a ressonância

através de oscilações desencontradas
da frequência natural

para reduzir as vibrações.

No final, não serão
os edifícios mais sólidos

que se manterão de pé

mas os mais inteligentes.