Why do buildings fall in earthquakes? - Vicki V. May

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

Tradutor: Nadja Nathan Revisor: Hannah Ximenes

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

Terremotos sempre foram um fenômeno aterrorizante,

and they've become more deadly as our cities have grown,

e eles se tornaram mais fatais com o crescimento das cidades.

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

Os edifícios que desabam são um dos maiores riscos.

Why do buildings collapse in an earthquake,

Por que edifícios desabam em um terremoto,

and how can it be prevented?

e como isto pode ser evitado?

If you've watched a lot of disaster films,

Se você assiste muitos filmes sobre desastres,

you might have the idea

poderá ficar pensando

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

que o colapso é diretamente causado pelo solo debaixo dos prédios,

shaking violently, or even splitting apart.

que os sacode violentamente e os despedaçam.

But that's not really how it works.

Mas não é realmente assim.

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

Para começar, a maioria dos prédios não está na linha de falha,

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

e as placas tectônicas que vibram

situam-se muito abaixo do alicerce dos prédios

So what's actually going on?

Então, na realidade, o que acontece?

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

De fato, a realidade dos terremotos e seus efeitos nos prédios

is a bit more complicated.

são um pouco mais complicados.

To make sense of it, architects and engineers use models,

Para entenderem isto, arquitetos e engenheiros usam modelos,

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

como uma matriz bidimensional de linhas representando colunas e vigas

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

ou uma única linha de pirulitos

cujos círculos representam a massa do edifício.

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

Mesmo com este nível de simplificação, esses modelos são bem úteis,

as predicting a building's response to an earthquake

pois prever a reação de um prédio em um terremoto

is primarily a matter of physics.

é, antes de tudo, uma questão de física.

Most collapses that occur during earthquakes

Quase todos os desabamentos durante terremotos

aren't actually caused by the earthquake itself.

não são causados pelos terremotos em si.

Instead, when the ground moves beneath a building,

Em vez disso, quando o solo se move embaixo de um prédio

it displaces the foundation and lower levels,

ele desloca o alicerce e os níveis mais baixos,

sending shock waves through the rest of the structure

enviando ondas de choque pelo resto da estrutura

and causing it to vibrate back and forth.

fazendo-a vibrar para um lado e para o outro.

The strength of this oscillation depends on two main factors:

A força desta oscilação depende de dois fatores principais:

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

A massa do prédio, que se concentra na parte inferior,

and its stiffness,

e sua rigidez,

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

que é a força necessária para causar uma certa quantidade de deslocamento.

Along with the building's material type and the shape of its columns,

Junto com o tipo de material de construção e a forma de suas colunas,

stiffness is largely a matter of height.

a rigidez é, em grande parte, uma questão de altura.

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

Prédios mais baixos tendem a ser mais rígidos e se deslocam menos,

while taller buildings are more flexible.

enquanto que os prédios mais altos são mais flexíveis.

You might think that the solution is to build shorter buildlings

Você pode achar que a solução é construir prédios baixos

so that they shift as little as possible.

para que o deslocamento seja o menor possível

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

Mas, o terremoto na cidade do México em 1985 é um bom exemplo de que não é o caso.

During the quake,

Durante o terremoto,

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

desabaram muitos prédios entre seis e quinze andares,

O estranho é que enquanto prédios baixos na vizinhança se mantiveram em pé,

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

prédios com mais de 15 andares também sofreram menos danos,

e constatou-se que prédios de altura mediana que desabaram

and the midsized buildings that collapsed

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

tremeram de forma muito mais violenta do que o próprio terremoto.

How is that possible?

Como isto é possível?

The answer has to do with something known as natural frequency.

A resposta tem a ver com algo conhecido como frequência natural.

In an oscillating system,

Em um sistema oscilante,

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

a frequência é quantos ciclos de idas e voltas ocorrem a cada segundo.

This is the inverse of the period,

É o inverso do período,

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

que é quantos segundos leva para completar um ciclo.

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

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

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

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

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

Quando a massa do prédio aumenta

diminui a velocidade de sua oscilação natural

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

mas quando a rigidez aumenta isto o faz vibrar mais rápido.

So in the equation representing their relationship,

Então, na equação que representa esta relação,

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

a rigidez e a frequência natural são proporcionais entre si,

while mass and natural frequency are inversely proportional.

enquanto que a massa e a frequência natural são inversamente proporcionais.

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

O que ocorreu na cidade do México foi um efeito chamado ressonância,

where the frequency of the earthquake's seismic waves

em que a frequência das ondas sísmicas do terremoto

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

coincidem com a frequência natural dos prédios de média estatura.

Like a well-timed push on a swingset,

Como um impulso bem ritmado em um balanço,

each additional seismic wave amplified the building's vibration

cada onda sísmica adicional amplificou as vibrações do prédio

in its current direction,

na mesma direção,

causing it to swing even further back, and so on,

fazendo que oscilasse mais ainda, e assim sucessivamente,

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

e por fim atingindo uma extensão muito maior do que o deslocamento inicial.

Today, engineers work with geologists and seismologists

Hoje em dia, engenheiros trabalham com geólogos e sismólogos

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

para prever a frequência dos movimentos do terremoto nas áreas edificadas

in order to prevent resonance-induced collapses,

para prevenir desabamentos induzidos por ressonância,

taking into account factors such as soil type and fault type,

considerando fatores como os tipos de solo e de falha,

as well as data from previous quakes.

como também os dados dos terremotos anteriores.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

As baixas frequências de movimento causarão mais danos

and more flexible buildings,

aos prédios mais altos e mais flexíveis,

while high frequencies of motion pose more threat

enquanto que as altas frequências de oscilação apresentam mais ameaças

to structures that are shorter and stiffer.

às estruturas mais baixas e mais rígidas.

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

Engenheiros também inventaram formas para absorver choques

and limit deformation using innovative systems.

e limitar as deformações usando sistemas inovadores.

Base isolation uses flexible layers

O isolamento de base usa camadas flexíveis

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

para isolar o deslocamento do alicerce do resto do prédio,

while tuned mass damper systems cancel out resonance

enquanto sistemas de amortecedores sincronizados cancelam a resonância

by oscillating out of phase with the natural frequency

oscilando fora de fase da frequência natural

to reduce vibrations.

a fim de reduzir as vibrações.

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

No final, não são os prédios mais resistentes que permanecerão em pé,

but the smartest ones.

mas sim os mais inteligentes.