Nunca tema. Se você não está pronto para morar em uma casa em forma de bola de futebol que é resistente a terremotos e flutua na água, você pode ter algumas outras opções em suas mãos. © Yuriko Nakao / Reuters / Corbis A Idade do Bronze viu o surgimento de várias civilizações de sucesso, incluindo alguns que conseguiram construir cidades impressionantes com redes ordenadas e encanamentos sofisticados. Agora, os cientistas acham que a atividade tectônica pode ter contribuído para o desaparecimento de algumas dessas culturas antigas. Por exemplo, pesquisa realizada na cidade de Megiddo (agora parte da atual Israel) sugere que um grande terremoto pode ter devastado a cidade, levando às camadas semelhantes a sanduíches encontradas nas escavações. E uma série de terremotos pode ter derrubado a civilização Harappan (no que é hoje o Paquistão), que desapareceu repentinamente em 1900 a.C.
Hoje, somos igualmente suscetíveis aos efeitos colaterais de poderosos terremotos. Quando exposto às forças laterais repentinas produzidas por ondas sísmicas, até mesmo edifícios e pontes modernos podem falhar completamente e desabar, esmagando as pessoas, sobre e ao redor deles. Se alguma coisa, o problema piorou à medida que mais pessoas vivem em ambientes urbanos e as estruturas cresceram. Felizmente, nas últimas décadas, arquitetos e engenheiros desenvolveram uma série de tecnologias inteligentes para garantir que as casas, as unidades e os arranha-céus se dobram, mas não se quebram. Como resultado, os habitantes do prédio podem sair ilesos e começar a juntar os cacos.
Nas próximas páginas, reunimos 10 dessas tecnologias que impedem o terror. Alguns já existem há vários anos. Outros, como o primeiro item em nossa contagem regressiva, são ideias relativamente novas que ainda estão sendo testadas.
Acontece que o antigo Capitólio do Estado de Utah era considerado vulnerável a um terremoto moderado, então ele roubou seu próprio sistema de isolamento de base, que foi concluído em 2007. iStockphoto / Thinkstock Engenheiros e sismólogos favorecem o isolamento de bases há anos como meio de proteger edifícios durante um terremoto. Como o nome sugere, este conceito baseia-se na separação da subestrutura de um edifício de sua superestrutura. Um desses sistemas envolve a flutuação de um edifício acima de sua fundação em rolamentos de borracha de chumbo, que contém um núcleo sólido de chumbo envolto em camadas alternadas de borracha e aço. Placas de aço prendem os rolamentos ao edifício e sua fundação e, em seguida, quando ocorre um terremoto, permitir que a fundação se mova sem mover a estrutura acima dela.
Agora, alguns engenheiros japoneses elevaram o isolamento de bases a um novo nível. O sistema deles realmente levita um edifício sobre uma almofada de ar. Funciona assim:os sensores do prédio detectam a atividade sísmica reveladora de um terremoto. A rede de sensores se comunica com um compressor de ar, que, dentro de meio segundo após ser alertado, força o ar entre o edifício e sua fundação. A almofada de ar levanta a estrutura a até 3,18 polegadas (3 centímetros) do solo, isolando-o das forças que poderiam separá-lo. Quando o terremoto diminuir, o compressor desliga, e o edifício volta à sua fundação. A única coisa que falta é a música tema do "Greatest American Hero".
Os amortecedores não são apenas para carros. Se você estivesse indo para o salto de pára-quedas de Coney Island no passado, você ficaria feliz em ver os amortecedores descansando na parte inferior, pronto para suavizar sua aterrissagem. iStockphoto / Thinkstock Outra tecnologia testada e comprovada para ajudar os edifícios a resistir a terremotos segue o exemplo da indústria automobilística. Você está familiarizado com o amortecedor - o dispositivo que controla o movimento indesejado da mola em seu carro. Os amortecedores desaceleram e reduzem a magnitude dos movimentos vibratórios, transformando a energia cinética de sua suspensão oscilante em energia térmica que pode ser dissipada por meio do fluido hidráulico. Na física, isso é conhecido como amortecimento , é por isso que algumas pessoas se referem aos amortecedores como amortecedores.
Acontece que os amortecedores podem ser úteis ao projetar edifícios resistentes a terremotos. Os engenheiros geralmente colocam amortecedores em cada nível de um edifício, com uma extremidade ligada a uma coluna e a outra extremidade ligada a uma viga. Cada amortecedor consiste em uma cabeça de pistão que se move dentro de um cilindro cheio de óleo de silicone. Quando ocorre um terremoto, o movimento horizontal do edifício faz com que o pistão em cada amortecedor empurre o óleo, transformando a energia mecânica do terremoto em calor.
O amortecedor de massa sintonizado no Taipei 101 em Taiwan © Victor Fraile / Corbis O amortecimento pode assumir várias formas. Outra solução, especialmente para arranha-céus, envolve suspender uma massa enorme perto do topo da estrutura. Cabos de aço suportam a massa, enquanto amortecedores de fluido viscoso ficam entre a massa e o prédio que ela está tentando proteger. Quando a atividade sísmica faz com que o edifício balance, o pêndulo se move na direção oposta, dissipando a energia.
Os engenheiros referem-se a sistemas como amortecedores de massa sintonizados porque cada pêndulo é sintonizado precisamente com a frequência vibracional natural de uma estrutura. Se o movimento do solo faz com que um edifício oscile em sua frequência de ressonância, o prédio vibrará com uma grande quantidade de energia e provavelmente sofrerá danos. O trabalho de um amortecedor de massa sintonizado é neutralizar a ressonância e minimizar a resposta dinâmica da estrutura.
Taipei 101, que se refere ao número de andares no 1, Arranha-céu de 667 pés de altura (508 metros de altura), usa um amortecedor de massa sintonizado para minimizar os efeitos vibracionais associados a terremotos e ventos fortes. No coração do sistema está um 730 toneladas (660 toneladas métricas), bola dourada suspensa por oito cabos de aço. É o maior e mais pesado amortecedor de massa sintonizado do mundo.
Você sabe como um fusível elétrico queima quando está sobrecarregado? Os engenheiros estão tentando incorporar esse conceito à proteção contra terremotos de edifícios. iStock / Thinkstock No mundo da eletricidade, um fusível fornece proteção ao falhar se a corrente em um circuito exceder um determinado nível. Isso interrompe o fluxo de eletricidade e evita superaquecimento e incêndios. Após o incidente, você simplesmente substitui o fusível e restaura o sistema ao normal.
Pesquisadores da Stanford University e da University of Illinois têm experimentado um conceito semelhante na busca pela construção de um edifício resistente a terremotos. Eles chamam sua ideia de sistema de balanço controlado porque as armações de aço que compõem a estrutura são elásticas e podem balançar no topo da fundação. Mas isso por si só não seria uma solução ideal.
Além das armações de aço, os pesquisadores introduziram cabos verticais que fixam o topo de cada estrutura à fundação e limitam o movimento de balanço. Não apenas isso, os cabos têm uma capacidade de autocentramento, o que significa que eles podem puxar toda a estrutura para cima quando o tremor parar. Os componentes finais são os fusíveis de aço substituíveis colocados entre duas estruturas ou nas bases das colunas. Os dentes de metal dos fusíveis absorvem a energia sísmica enquanto o edifício balança. Se eles "explodirem" durante um terremoto, eles podem ser substituídos de forma relativamente rápida e econômica para restaurar o edifício ao seu original, forma de corte de fita.
Um edifício com estrutura de madeira de quatro andares é testado sob as condições de uma série de terremotos históricos usando a maior mesa de agitação externa do mundo por pesquisadores da Universidade de San Diego, Califórnia, em 17 de agosto. 2013. © Mike Blake / Reuters / Corbis Em muitos arranha-céus modernos, os engenheiros usam a construção da parede central para aumentar o desempenho sísmico a um custo mais baixo. Neste projeto, um núcleo de concreto armado atravessa o coração da estrutura, cercando os bancos de elevadores. Para edifícios extremamente altos, a parede do núcleo pode ser bastante substancial - pelo menos 30 pés em cada direção do plano e 18 a 30 polegadas de espessura.
Enquanto a construção da parede central ajuda os edifícios a resistir a terremotos, não é uma tecnologia perfeita. Os pesquisadores descobriram que os edifícios de base fixa com paredes centrais ainda podem sofrer deformações inelásticas significativas, grandes forças de cisalhamento e acelerações de piso prejudiciais. Uma solução, como já discutimos, envolve o isolamento da base - flutuar o edifício sobre rolamentos de borracha de chumbo. Este projeto reduz as acelerações do piso e as forças de cisalhamento, mas não evita a deformação na base da parede do núcleo.
Uma solução melhor para estruturas em zonas de terremoto exige uma parede de núcleo oscilante combinada com isolamento de base. Uma parede central de balanço balança no nível do solo para evitar que o concreto na parede seja permanentemente deformado. Para conseguir isso, engenheiros reforçam os dois níveis inferiores do edifício com aço e incorporam pós-tensionamento em toda a altura. Em sistemas de pós-tensionamento, tendões de aço são enfiados na parede do núcleo. Os tendões agem como elásticos, que pode ser firmemente esticado por macacos hidráulicos para aumentar a resistência à tração da parede do núcleo.
Estamos acostumados a ver anéis concêntricos na água ondulante. Alguns sismólogos acreditam que anéis concêntricos de plástico podem ser úteis para proteger edifícios contra os danos do terremoto. Mas o que acontecerá com os edifícios próximos se as ondas de superfície continuarem em seu caminho com força total? Hemera / Thinkstock Você pode pensar em água ou som ao considerar o tópico das ondas, mas os terremotos também produzem ondas, classificado por geólogos como corpo e ondas de superfície . Os primeiros viajam rapidamente pelo interior da Terra. Este último viaja mais lentamente através da crosta superior e inclui um subconjunto de ondas - conhecido como Ondas Rayleigh - que movem o solo verticalmente. Este movimento para cima e para baixo causa a maior parte dos abalos e danos associados a um terremoto.
Agora imagine se você pudesse interromper a transmissão de algumas ondas sísmicas. Seria possível desviar a energia ou redirecioná-la para áreas urbanas? Alguns cientistas pensam assim, e eles apelidaram sua solução de "capa da invisibilidade sísmica" por sua capacidade de tornar um edifício invisível às ondas da superfície. Os engenheiros acreditam que podem fazer a "capa" com 100 anéis de plástico concêntricos enterrados sob a fundação de um edifício [fonte:Barras]. Conforme as ondas sísmicas se aproximam, eles entram nos anéis em uma extremidade e ficam contidos no sistema. Arreado dentro da "capa, "as ondas não conseguem transmitir sua energia para a estrutura acima. Elas simplesmente passam ao redor da fundação do prédio e emergem do outro lado, onde eles saem dos anéis e retomam sua jornada de longa distância. Uma equipe francesa testou o conceito em 2013.
Ryo Ota, um gerente de grupo da Olympus Optical Company no Japão, segura um tubo de liga com memória de forma. Os engenheiros acreditam que esses materiais inteligentes podem ser úteis na prevenção de danos a edifícios por terremotos. © TWPhoto / Corbis Como discutimos anteriormente na contagem regressiva, a plasticidade dos materiais apresenta um grande desafio para os engenheiros que tentam construir estruturas resistentes a terremotos. Plasticidade descreve a deformação que ocorre em qualquer material quando forças são aplicadas a ele. Se as forças forem fortes o suficiente, a forma do material pode ser alterada permanentemente, o que compromete sua capacidade de funcionar corretamente. O aço pode sofrer deformação plástica, mas o concreto também pode. No entanto, esses dois materiais são amplamente usados em quase todos os projetos de construção comercial.
Introduzir o liga com memória de forma , que pode suportar tensões pesadas e ainda retornar à sua forma original. Muitos engenheiros estão experimentando esses chamados materiais inteligentes como substitutos da construção tradicional de aço e concreto. Uma liga promissora é o níquel titânio, ou nitinol, que oferece de 10 a 30% mais elasticidade do que o aço [fonte:Raffiee]. Em um estudo de 2012, pesquisadores da Universidade de Nevada, Reno, comparou o desempenho sísmico de colunas de pontes feitas de aço e concreto com colunas feitas de nitinol e concreto. A liga com memória de forma superou os materiais tradicionais em todos os níveis e sofreu muito menos danos [fonte:Raffiee].
Este sinal de alerta de terremoto foi colocado na entrada da basílica na Missão Carmelo em Carmelo, Califórnia. A basílica começou a receber um retrofit sísmico em 2012. © Michael Fiala / Reuters / Corbis Faz sentido considerar a resistência a terremotos ao construir uma nova estrutura, mas reformar edifícios antigos para melhorar seu desempenho sísmico é tão importante. Os engenheiros descobriram que adicionar sistemas de isolamento de base às estruturas é viável e economicamente atraente. Outra solução promissora, muito mais fácil de implementar, requer uma tecnologia conhecida como envoltório de plástico reforçado com fibra , ou FRP . Os fabricantes produzem esses envoltórios misturando fibras de carbono com polímeros de ligação, como epóxi, poliéster, éster de vinil ou náilon, para criar um peso leve, mas incrivelmente forte, material compósito.
Em aplicações de adaptação, os engenheiros simplesmente envolvem o material em torno das colunas de suporte de concreto de pontes ou edifícios e, em seguida, bombeiam epóxi pressurizado na lacuna entre a coluna e o material. Com base nos requisitos de design, engenheiros podem repetir este processo seis ou oito vezes, criando uma viga envolta em múmia com resistência e ductilidade significativamente maiores. Surpreendentemente, mesmo colunas danificadas pelo terremoto podem ser reparadas com envoltórios de fibra de carbono. Em um estudo, os pesquisadores descobriram que as colunas de pontes de rodovias enfraquecidas encasuladas com o material composto eram de 24 a 38 por cento mais fortes do que as colunas não embaladas [fonte:Saadatmanesh].
Mexilhões:são saborosos e úteis para proteção contra terremotos. iStock / Thinkstock Enquanto os engenheiros se contentam com ligas com memória de forma e envoltórios de fibra de carbono, eles antecipam um futuro no qual materiais ainda melhores podem estar disponíveis para construção resistente a terremotos. E a inspiração para esses materiais provavelmente pode vir do reino animal. Considere o humilde mexilhão, um molusco bivalve encontrado preso a rochas oceânicas ou, depois de removido e cozido no vapor em vinho, em nosso prato de jantar. Para ficar preso a seus poleiros precários, mexilhões secretam fibras pegajosas conhecidas como tópicos de Byssal . Alguns desses fios são rígidos e rígidos, enquanto outros são flexíveis e elásticos. Quando uma onda bate em um mexilhão, ele permanece fixo porque os fios flexíveis absorvem o choque e dissipam a energia. Os pesquisadores até calcularam a proporção exata entre fibras rígidas e flexíveis - 80:20 - que dá ao mexilhão sua viscosidade [fonte:Qin]. Agora é uma questão de desenvolver materiais de construção que imitem o mexilhão e sua incrível capacidade de permanecer parado.
Outro tópico interessante vem da extremidade sul das aranhas. Nós todos sabemos isso, libra por libra, a seda da aranha é mais forte do que o aço (pergunte a Peter Parker), mas os cientistas do MIT acreditam que é a resposta dinâmica do material natural sob forte pressão que o torna tão único. Quando os pesquisadores puxaram e puxaram fios individuais de seda de aranha, eles descobriram que os fios estavam inicialmente rígidos, então elástico, em seguida, enrijeceu novamente. É este complexo, resposta não linear que torna as teias de aranha tão resistentes e a teia de aranha um material tentador para imitar na próxima geração de construção resistente a terremotos.
Nesta ilustração, você pode ver a catedral de papelão projetada pelo arquiteto japonês Shigeru Ban. A estrutura temporária, que também usa madeira, aço e uma base de concreto, acomodará 700 clientes durante a construção de uma catedral permanente. Catedral de Christchurch via Getty Images E quanto aos países em desenvolvimento, onde não é economicamente viável incorporar tecnologias anti-terremoto em casas e prédios de escritórios? Eles estão condenados a sofrer milhares de baixas toda vez que a terra tremer? Não necessariamente. Equipes de engenheiros estão trabalhando em todo o mundo para projetar estruturas resistentes a terremotos usando materiais disponíveis localmente ou de fácil obtenção. Por exemplo, no Peru, os pesquisadores tornaram as estruturas tradicionais de adobe muito mais resistentes, reforçando as paredes com telas de plástico. Na Índia, os engenheiros têm usado o bambu com sucesso para fortalecer o concreto. E na Indonésia, algumas casas agora são apoiadas em rolamentos fáceis de fazer, feitos de pneus velhos cheios de areia ou pedra.
Até mesmo o papelão pode se tornar um resistente, material de construção durável. O arquiteto japonês Shigeru Ban projetou várias estruturas que incorporam tubos de papelão revestidos com poliuretano como os principais elementos de enquadramento. Em 2013, Ban revelou um de seus projetos - a Catedral de Transição - em Christchurch, Nova Zelândia. A igreja usa 98 tubos gigantes de papelão reforçados com vigas de madeira [fonte:Slezak]. Como a estrutura de papelão e madeira é extremamente leve e flexível, ele tem um desempenho muito melhor do que o concreto durante eventos sísmicos. E se entrar em colapso, é muito menos provável que esmague as pessoas reunidas lá dentro. Contudo, dá vontade de tratar os tubos de papelão aninhados no rolo de papel higiênico com um pouco mais de respeito.
Quando o terremoto de 2011 na Virgínia aconteceu, Eu estava a cerca de 89 quilômetros do epicentro. Produziu um ruído semelhante ao de uma locomotiva e moveu a terra de uma forma perturbadora, difícil de descrever. Nas pequenas cidades de Louisa e Mineral, perto da casa da minha mãe, algumas estruturas colapsaram, e muitos mais sofreram danos significativos. Embora o terremoto em si fosse assustador, o que era mais perturbador era nosso senso coletivo de que, estando tão longe do Anel de Fogo e da constante ameaça de atividade tectônica, estávamos de alguma forma isolados desses tipos de eventos. Me faz pensar se os códigos de construção na Virgínia foram atualizados para incorporar algumas dessas tecnologias resistentes a terremotos.
