Os terremotos massivos do sul da Califórnia fecharam o Hospital Regional de Ridgecrest durante o feriado de 4 de julho, enquanto a pequena cidade de Ridgecrest avaliou os danos. Um novo sensor óptico desenvolvido no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) pode acelerar o tempo que leva para avaliar se edifícios críticos como esses são seguros para ocupar logo após um grande terremoto.

A tecnologia - que captura e transmite de forma autônoma dados que retratam o deslocamento relativo entre duas histórias adjacentes de um edifício em agitação - é capaz de fornecer informações confiáveis ​​sobre os danos ao edifício imediatamente após um terremoto, e poderia acelerar os esforços para avaliar com segurança, reparar, e reocupar edifícios pós-terremoto.

Cientistas e engenheiros do Berkeley Lab, Laboratório Nacional Lawrence Livermore, e a Universidade de Nevada-Reno começou a trabalhar para projetar um método óptico de medição da deriva interstória dentro de edifícios em 2015. Após quatro anos de extensa pesquisa revisada por pares e testes simulados no Laboratório de Engenharia de Terremotos da Universidade de Nevada, o Discrete Diode Position Sensor (DDPS) será implantado pela primeira vez neste verão em um prédio de vários andares no Berkeley Lab - que fica ao lado da Hayward Fault, considerada uma das falhas mais perigosas nos Estados Unidos.

"Até agora, não havia maneira de medir de forma precisa e direta o desvio entre as histórias de construção, que é um parâmetro fundamental para avaliar a demanda de terremotos em um edifício, "disse David McCallen, um cientista sênior da Divisão de Geociências de Energia do Berkeley Lab e membro do corpo docente da Universidade de Nevada, quem lidera a colaboração de pesquisa.

A estreia do DDPS ocorre quando os governos em todos os níveis fazem da inspeção e reocupação de edifícios pós-terremoto um foco central do planejamento de resposta, e à medida que a próxima geração altamente esperada de conectividade remota - 5G - se torna realidade para a rápida transmissão de dados. "Estamos entusiasmados com o fato de esta tecnologia de sensor estar pronta para testes de campo, em um momento em que as estratégias de resposta pós-terremoto evoluíram para priorizar a segurança, funcionalidade de construção contínua e re-ocupação, além de 'segurança de vida, '", Disse McCallen.

A óptica faz a diferença no monitoramento da integridade estrutural sísmica

Medir a deriva interstória de edifícios tem sido um fator na avaliação de edifícios para danos pós-terremoto por algum tempo, no entanto, encontrar um método confiável para fazer isso tem sido repleto de desafios. Tradicionalmente, os engenheiros montaram acelerômetros de terremoto de forte movimento em elevações selecionadas para proteger os dados sobre a força de ida e volta e de lado a lado imposta a um edifício que treme. Mas processar os dados de aceleração desses instrumentos para obter deslocamentos de deriva de construção é muito desafiador devido às limitações de frequência dos sensores, especialmente quando os edifícios sofreram deslocamentos permanentes associados a danos. Ainda mais difícil é receber dados com rapidez suficiente para informar a tomada de decisão sobre a continuidade das operações e a segurança dos ocupantes. Além disso, porque a instrumentação típica baseada em acelerômetro de construção pode ser bastante cara, os sistemas tendem a ser muito esparsos com acelerômetros em relativamente poucos edifícios.

O DDPS aproveita uma nova alternativa promissora para medir diretamente a deriva interstória de edifícios que combina feixes de laser com sensores ópticos. Essa técnica concentra-se em projetar luz laser na altura de um andar para detectar a posição em que a luz atinge um detector localizado no piso do prédio adjacente para medir diretamente a deriva estrutural. A ferramenta desenvolvida no Berkeley Lab utiliza uma fonte de laser e um detector sensível à posição. Fazendo uso de uma matriz geométrica de pequenos, fotodiodos sensíveis à luz baratos, o sensor é capaz de rastrear instantaneamente a posição de um feixe de laser incidente.

"As gerações anteriores de DDPS eram um pouco maiores do que o sistema que agora podemos implantar, "diz McCallen." Com base nos avanços do design e nas lições aprendidas, o sensor tem um quarto do tamanho do nosso projeto de sensor original, mas apresenta 92 diodos escalonados em uma matriz retangular de modo que o feixe de laser esteja sempre em um ou mais diodos. "

Até aqui, O DDPS realizou até três rodadas de testes rigorosos de mesa de agitação experimental.

"Os testes rigorosos que o DDPS passou indica como os deslocamentos de deriva medidos nas três bancadas de teste em comparação com os desvios representativos que poderiam ser alcançados em um edifício real em grande escala sofrendo forte agitação de um terremoto, "Disse McCallen.

Por que o DDPS é inteligente para as cidades

A cidade mais populosa afetada pelos terremotos no sul da Califórnia no início deste mês foi a própria Ridgecrest, uma cidade de 29, 000, que fica no epicentro de um terremoto de magnitude 7,1 ocorrido em 5 de julho. Embora este seja um pequeno centro populacional, as estimativas de danos à construção ainda estão na faixa de US $ 100 milhões.

Se um terremoto dessa magnitude atingisse Los Angeles, 150 milhas ao sul da pequena Ridgecrest, ou San Francisco, quase 400 milhas ao norte, literalmente centenas a milhares de edifícios estariam em risco de danos. Nesse cenário, a capacidade de medir e exibir as principais informações de deriva interstória imediatamente após um terremoto forneceria novos dados críticos para a tomada de decisões informadas sobre a ocupação do edifício - dando aos primeiros socorros informações para ajudar a orientar seus esforços para evacuar um edifício, e municípios, o potencial para manter o uso funcional de instalações importantes, como hospitais.

Além disso, compreender o perfil de deriva de um edifício permitiria uma determinação rápida do potencial de danos ao edifício, permitindo que os inspetores de construção saibam onde procurar por danos potenciais. Essa será uma capacidade importante para ir além das demoradas e desafiadoras inspeções manuais de centenas de edifícios após o próximo grande terremoto urbano.

McCallen observou, "Os principais terremotos que ocorreram no sul da Califórnia na semana passada servem como um lembrete dos riscos associados à atividade sísmica em muitas regiões dos Estados Unidos. Esses eventos colocam um ponto de exclamação na necessidade de um foco contínuo da sociedade na prontidão e resiliência a terremotos, incluindo a capacidade de fornecer os sensores e a análise de dados que podem medir rapidamente a integridade da infraestrutura e informar a resposta mais eficaz após o próximo grande terremoto. "