A terra treme milhões de vezes todos os anos. Freqüentemente, esses terremotos atingem lugares familiares, como os recentes e terríveis terremotos no Equador e no Japão. Em outras ocasiões, um terremoto pode atingir um local menos familiarizado com os tremores, como o terremoto de magnitude 5, 8 que atingiu a Virgínia em 2011 e danificou o Monumento a Washington.
Estruturas históricas são frequentemente vulneráveis durante um terremoto. Diversos Sítios do Patrimônio Mundial no Nepal foram destruídos ou gravemente danificados em 2015 durante um terremoto de magnitude 7, 8 e tremores secundários tão fortes quanto a magnitude 7, 3. Antigas práticas de construção e materiais de construção envelhecidos tornam a maioria das estruturas históricas menos capazes de suportar as vibrações que ocorrem durante um terremoto ou de ventos fortes. Técnicas modernas de construção podem ser usadas para atualizar essas estruturas para mitigar alguns dos possíveis danos, mas mesmo assim elas são mais vulneráveis do que suas contrapartes modernas.
Agora, engenheiros do Marshall Space Flight Center, da NASA, em Huntsville, Alabama, dizem que podem ajudar estruturas históricas a sobreviver a esses eventos devastadores. Eles desenvolveram uma maneira de mudar a forma como os edifícios respondem ao movimento causado por movimentos na crosta terrestre. E tudo começou com um foguete.
A tecnologia vem do trabalho no foguete Ares, um veículo de lançamento projetado para o programa Constellation que, antes de ser cancelado em 2010, deveria substituir o ônibus espacial por levar os astronautas ao espaço. O foguete vibrou tanto que teria ferido alguém a bordo, então os engenheiros da Nasa tiveram que encontrar uma maneira de tornar o veículo seguro. No entanto, a maneira usual de controlar os tremores, adicionando mais peso, não era uma opção, porque o foguete teria sido pesado demais para sair da atmosfera terrestre.
A equipe descobriu uma maneira de usar o combustível do foguete para resolver o problema. E a mesma solução pode funcionar para edifícios vibratórios, incluindo aqueles construídos há centenas de anos, diz Rob Berry, gerente de projetos da NASA em Marshall.
As estruturas históricas podem não ter os tipos de conexões, como reforços de aço, que transformam as peças individuais de um edifício em um sistema mais durável e coeso. Engenheiros, no entanto, podem reajustar os prédios com laços externos que mantêm o prédio unido. “Em [alguns] desses edifícios, você verá placas no exterior com um parafuso passando por elas e uma grande porca no final”, diz Michael Kreger, diretor do Laboratório de Estruturas de Grande Escala da Universidade do Alabama. . "Eles normalmente pintam essas coisas de preto para que eles pareçam ter estado lá para sempre."
Outra opção é remover acabamentos interiores, como painéis e molduras de acabamento, e construir novas paredes reforçadas com aço ao redor dos originais. Essas paredes são então cobertas, então as modificações não podem ser vistas.
Esses esforços são caros, no entanto, e não trazem toda a estrutura para os códigos de construção atuais, diz Kreger. E algumas estruturas históricas não têm o espaço necessário para adicionar paredes ou esconder vigas de aço para a mitigação do terremoto.
Novos edifícios incorporam muitas dessas tecnologias durante a construção. O método mais comum para diminuir o movimento de um edifício é um dispositivo chamado amortecedor de massa sintonizado (TMD). Um exemplo disso seria um objeto muito pesado, a massa, adicionada a um edifício em cima de molas ajustadas para uma frequência específica. Quando um terremoto acontece, ou o vento sopra, a massa é acionada pelo movimento do prédio. Este peso adicionado se move na direção oposta e reduz o movimento geral do edifício. Tal dispositivo não é perfeito, no entanto. O prédio tem que se mover antes que o TMD funcione, e os primeiros segundos de um terremoto podem ser incrivelmente destrutivos.
A equipe de Berry encontrou uma nova maneira de usar o próprio edifício ou uma pequena quantidade de massa adicional para provocar uma queda mais dramática no movimento. A maioria das DTMs usa um objeto igual a cerca de 1 a 2% do peso do edifício para alcançar uma redução no movimento de cerca de 50%. Em um arranha-céu, esse objeto pode pesar até 2 milhões de libras. Para resolver o problema dos foguetes, os engenheiros da NASA usaram o combustível de foguete para mitigar as vibrações e conseguiram uma redução de 95 por cento no movimento de seu foguete de 650.000 libras. Isso foi possível com um simples dispositivo tipo balão chamado acoplador de estrutura de fluido, diz Berry.
“Pense em um balão. Coloque ar dentro do balão, ele fica maior; retire o ar e ele fica menor ”, diz ele. “Se eu colocar [o balão] em uma piscina, a água reagirá. Quando esse balão se contrai, a água segue a contração do balão. Se se expande, o fluido se afasta dele.
Como a água responde ao movimento do balão, é possível alterar a frequência natural do líquido ajustando a pressão dentro do balão. Com um edifício, um engenheiro pode usar esse conceito para ajustar como a estrutura se moverá.
Primeiro, os engenheiros determinam a freqüência natural do prédio para aprender quando ele começará a se mover. Em seguida, eles ajustam o acoplador (balão) para uma frequência diferente. Colocando o acoplador em um corpo de água, como em uma piscina, ou adicionando tubos cheios de água presa ao teto, a água altera a vibração natural do prédio. O líquido age como uma âncora para um balanço - o balanço ainda se moverá, mas será muito mais difícil de empurrar. O edifício, da mesma forma, se move menos durante um terremoto ou ventos fortes.
A NASA testou com sucesso este conceito em uma estrutura histórica própria, a Dynamic Structural Test Facility em 2013. Mas Berry e sua equipe reconheceram que nem todos os projetos de construção teriam espaço para adicionar esse tipo de sistema baseado em fluidos. Então, aplicaram o que aprenderam para desenvolver um dispositivo mecânico que ocupasse menos espaço, mas fornecesse o mesmo tipo de âncora.
Agora, a equipe criou uma nova versão da tecnologia, chamada DTM (disruptive tuned mass), que usa um pedaço de metal, em vez de água, para mitigar o movimento de um edifício. É muito menor que uma DTM convencional e custa muito menos para produzir - mas é igualmente eficaz.
No início deste mês, Kreger e seus colegas, que eram céticos em relação às alegações da NASA, colocaram o dispositivo em seu primeiro teste em um terremoto simulado no Centro para Infraestrutura Sustentável da Universidade do Alabama. Foi um sucesso.
“O teste mostrou claramente que a massa desintegrada melhorou o amortecedor de massa sintonizado e mostrou claramente que é útil para a mitigação do terremoto”, diz Berry. Essa nova abordagem, diz ele, "é outro grande exemplo de onde a tecnologia derivada do programa espacial pode fornecer novos recursos à indústria".
Kreger concorda e espera fazer parceria com a NASA em testes e desenvolvimento de futuros sistemas de DTM.
Essas tecnologias são protótipos, mas a Nasa está trabalhando com empresas privadas para desenvolver produtos comerciais que possam ser usados para mitigar sismos em prédios públicos e privados, incluindo estruturas históricas.
Essa nova tecnologia pode até mesmo ajudar o Monumento a Washington a resistir às vibrações de terremotos e ventos, diz Berry. "Aposto que eles analisaram as várias maneiras de atenuar", diz ele. “Mas se o mesmo terremoto passou por lá com uma massa disruptiva sintonizada instalada, a resposta teria sido totalmente diferente. Poderíamos ter silenciado a resposta.
Ele continua: “Eu adoraria ter as pessoas do Monumento de Washington chamando. Essa tecnologia foi desenvolvida com o dinheiro do contribuinte, por isso pertence a eles ”.
