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

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Isabel Vaz Belchior

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

Os terramotos foram sempre um fenómeno aterrador

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

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

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

Os edifícios que desabam consistem num dos maiores riscos.

Why do buildings collapse in an earthquake,

Porque é que os edifícios desabam com um abalo sísmico

and how can it be prevented?

e como é que o podemos impedir?

If you've watched a lot of disaster films,

Se já viram muitos filmes de desastres

you might have the idea

podem ter ficado com a ideia

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

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

shaking violently, or even splitting apart.

que oscila violentamente ou mesmo se divide ao meio.

But that's not really how it works.

Mas não é bem assim que as coisas funcionam.

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

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

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

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

So what's actually going on?

Então o que é que se passa?

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

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

is a bit more complicated.

é um pouco mais complicado.

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

Para perceber isso, arquitetos e engenheiros usam modelos,

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

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

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

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

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

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

as predicting a building's response to an earthquake

porque prever a resposta do edifício a um abalo sísmico

is primarily a matter of physics.

é sobretudo uma questão de física.

Most collapses that occur during earthquakes

Muitos dos colapsos que ocorrem durante o terramoto

aren't actually caused by the earthquake itself.

não são provocados pelo abalo propriamente dito.

Instead, when the ground moves beneath a building,

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

it displaces the foundation and lower levels,

desloca as fundações e os níveis mais baixos

sending shock waves through the rest of the structure

enviando ondas de choque pela restante estrutura

and causing it to vibrate back and forth.

fazendo com que ela vibre de um lado 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 edifício que se concentra na base

and its stiffness,

e a sua rigidez

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

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

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

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

stiffness is largely a matter of height.

a rigidez é sobretudo uma questão de altura.

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

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

while taller buildings are more flexible.

enquanto os edifícios mais altos são mais flexíveis.

You might think that the solution is to build shorter buildlings

Podem pensar que a solução é construir edifícios mais baixos

so that they shift as little as possible.

para que oscilem o menos possível.

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

Mas o terramoto na cidade do México em 1985

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

During the quake,

Durante o abalo

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

desabaram muitos edifícios entre seis e quinze andares.

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

O que é estranho é que,

enquanto os edifícios vizinhos mais baixos se mantiveram de pé,

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

os edifícios com mais de 15 andares também sofreram menos danos

and the midsized buildings that collapsed

e os edifícios de tamanho médio que desabaram

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

oscilaram muito mais violentamente do que o próprio abalo sísmico.

How is that possible?

Como é que isso é possível?

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

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

In an oscillating system,

Num sistema oscilante

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

a frequência é o número de vezes, por segundo,

dos ciclos de movimento de um lado para o outro.

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 a completar um ciclo.

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

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

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

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

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

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

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

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

So in the equation representing their relationship,

Portanto, na equação que representa a sua relação,

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

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

while mass and natural frequency are inversely proportional.

enquanto a massa e a frequência natural são inversamente proporcionais.

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

O que aconteceu 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 terramoto

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

coincidiu com a frequência natural dos edifícios de tamanho médio.

Like a well-timed push on a swingset,

Tal como um empurrão bem dado num baloiço,

each additional seismic wave amplified the building's vibration

cada onda sísmica adicional amplificou a vibração do edifício

in its current direction,

na mesma direção,

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

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

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

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

Today, engineers work with geologists and seismologists

Atualmente, os engenheiros trabalham com geólogos e sismólogos

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

para prever a frequência dos movimentos sísmicos em locais com edifícios

in order to prevent resonance-induced collapses,

a fim de impedir colapsos induzidos pela ressonância

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

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

as well as data from previous quakes.

assim como dados de abalos anteriores.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

As frequências baixas de movimentos provocarão mais danos

and more flexible buildings,

nos edifícios mais altos e mais flexíveis

while high frequencies of motion pose more threat

enquanto que as frequências altas de movimento são mais ameaçadoras

to structures that are shorter and stiffer.

para estruturas mais baixas e mais rígidas.

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

Os engenheiros também conceberam formas de absorver os choques

and limit deformation using innovative systems.

e limitar a deformação, usando sistemas inovadores.

Base isolation uses flexible layers

O isolamento da base usa camadas flexíveis

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

para isolar a deslocação das fundações do resto do edifício

while tuned mass damper systems cancel out resonance

enquanto amortecedores de massa sintonizados

neutralizam a ressonância

by oscillating out of phase with the natural frequency

através de oscilações desencontradas da frequência natural

to reduce vibrations.

para reduzir as vibrações.

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

No final, não serão os edifícios mais sólidos

que se manterão de pé

but the smartest ones.

mas os mais inteligentes.