A maneira como o aço se dobra em vez de quebrar torna-o muito adequado para áreas onde ocorrem frequentemente terremotos. Materiais frágeis simplesmente trincam quando submetidos a tensão, mas o aço realmente se alonga e absorve a energia sísmica por meio do que os engenheiros chamam de escoamento controlado. Os projetos modernos de edifícios aproveitam essa propriedade utilizando elementos como estruturas resistentes a momentos e sistemas excêntricos de contraventamento, que ajudam a distribuir as forças quando o solo se movimenta. Considere, por exemplo, os sistemas de isolamento de base, que são colocados entre o edifício e sua fundação. Eles demonstraram reduzir o movimento lateral em cerca de três quartos em regiões propensas a terremotos, como no Japão e em partes da Califórnia, onde edifícios sobreviveram a grandes tremores graças a essas inovações.
Estruturas de aço que são dúcteis conseguem absorver e distribuir energia durante terremotos, evitando que entrem em colapso súbito. O conceito de redundância significa incorporar rotas adicionais de suporte, para que toda a estrutura permaneça em pé mesmo quando partes se rompem. De acordo com pesquisas publicadas no documento P-750 da FEMA, edifícios construídos com essas estruturas flexíveis de aço têm cerca de um terço menos probabilidade de colapsar do que aqueles feitos com concreto rígido. Esse tipo de rede de segurança torna-se especialmente importante em locais ao redor do Círculo de Fogo do Pacífico, onde os edifícios são submetidos repetidamente a réplicas após grandes terremotos.
| Critérios | Estruturas de aço | Estruturas de Concreto |
|---|---|---|
| Peso | 60% mais leve | Pesado, aumentando a carga sísmica |
| Facilidade de Reparo | Danos localizados; reparos fáceis | Falha catastrófica comum |
| Dissipação de Energia | Alta (por escoamento) | Baixa (fratura frágil) |
A natureza leve do aço reduz as forças inerciais durante os tremores, enquanto a rigidez do concreto frequentemente leva a danos dispendiosos e irreparáveis. Avaliações pós-terremoto na Turquia (2023) mostraram que edifícios com estrutura de aço sofreram 40% menos custos de reparo do que os equivalentes em concreto.
A FEMA P-750 as diretrizes validam a superioridade do aço, demonstrando que estruturas dúcteis adequadamente detalhadas reduzem as probabilidades de colapso de 1 em 50 para 1 em 167 em terremotos graves. Isso está alinhado com códigos globais como o ASCE 7-22, que priorizam as capacidades do aço em termos de amortecimento histérico para infraestrutura crítica em zonas sísmicas.
Os edifícios modernos de aço resistentes a terremotos frequentemente utilizam o que é chamado de projeto baseado em desempenho ou PBD, abreviação em inglês. Essa abordagem garante que as estruturas possam realmente funcionar conforme necessário quando ocorrem tremores, atendendo a certos padrões de segurança e mantendo as operações funcionando sem interrupções. Os códigos tradicionais de construção apenas indicam aos engenheiros o que fazer passo a passo, mas o PBD adota uma perspectiva diferente. Ele analisa quanto dano é aceitável durante terremotos, ainda permitindo que o edifício continue funcionando adequadamente. Considere locais como hospitais, onde as pessoas precisam de cuidados mesmo após um terremoto, ou centros de dados que devem manter os servidores online independentemente das circunstâncias. Estudos de diversas empresas de engenharia indicam que o uso do PBD pode reduzir as despesas com reparos em cerca de 40 por cento em comparação com técnicas mais antigas. As economias resultam de escolhas mais inteligentes de materiais que não comprometem a segurança, o que é bastante impressionante considerando os riscos envolvidos em eventos sísmicos.
A forma como edifícios suportam forças sísmicas depende muito da existência de caminhos de carga contínuos desde o telhado até a fundação. Edifícios em aço atendem a esse requisito principalmente por meio de estruturas resistentes a momentos, além de paredes de cisalhamento posicionadas em pontos estratégicos ao longo da estrutura para controlar o movimento lateral. Em especial para edifícios mais altos, tem havido um crescente interesse em abordagens híbridas, nas quais estruturas tradicionais com contraventamento trabalham em conjunto com paredes de aço em placa. Essas combinações podem aumentar a rigidez estrutural entre 25% e 35%, o que faz grande diferença durante terremotos intensos. Contudo, os detalhes construtivos são extremamente importantes, pois mesmo pequenos erros na conexão desses componentes podem comprometer sua eficácia quando ocorrer atividade sísmica real.
O projeto sísmico eficaz equilibra três princípios:
A ductilidade inerente do aço permite deformação plástica controlada nas conexões, absorvendo energia sísmica sem ruptura súbita. Uma análise de 2023 de estruturas retrofitadas revelou que a incorporação de contraventamentos com contenção ao flambagem melhora a dissipação de energia em 50% em comparação com projetos convencionais.
Recursos avançados, como peças de fusíveis substituíveis, certamente tornam os edifícios mais resistentes a terremotos, mas cerca de dois terços dos empreiteiros ainda resistem, pois consideram que isso acrescenta custos desnecessários. Olhando o panorama geral, no entanto, pesquisas sobre custos ao longo do ciclo de vida revelam algo interessante sobre investir adequadamente em detalhes resistentes a terremotos em edifícios de aço. Os números indicam que gastar um valor extra inicialmente pode na verdade economizar até quatro vezes mais tarde, quando não houver necessidade de reconstruções maiores após um terremoto. Isso cria um argumento bastante sólido para desenvolver algumas formas padronizadas de calcular esses benefícios, para que engenheiros e tomadores de decisões orçamentárias finalmente possam estar alinhados sobre o que realmente importa em projetos de construção.
Estruturas de aço dependem de juntas e conexões precisamente projetadas para manter a integridade durante eventos sísmicos. Pórticos resistentes a momentos com conexões rígidas entre vigas e colunas distribuem as forças uniformemente, enquanto detalhes reforçados nos pontos de conexão evitam falhas localizadas. Juntas de aço adequadamente detalhadas reduzem os custos de reparo pós-terremoto em até 40% em comparação com projetos convencionais.
Conexões parafusadas avançadas agora incorporam interfaces críticas ao deslizamento e parafusos de alta resistência pré-tensionados, permitindo movimento controlado sem deformação permanente. Configurações híbridas soldadas-parafusadas combinam rapidez de montagem com durabilidade sísmica, alcançando tempos de construção 25% mais rápidos, ao mesmo tempo em que atendem aos requisitos de desempenho da ASCE 7-22.
Uma reforma de 2022 do entroncamento da I-395 na Califórnia substituiu conexões frágeis do tipo pino-e-braçadeira por sistemas de vigas-caixão de aço utilizando ligadores dúcteis com capacidade de absorção de energia. Este projeto de 85 milhões de dólares suportou sete réplicas de magnitude 4,0 ou superior em 2023 sem nenhum dano estrutural, demonstrando a relação custo-benefício das reformas avançadas com aço em infraestrutura crítica.
Amortecedores de fricção Pall instalados em contraventamentos em forma de V absorvem até 35% da energia sísmica em edifícios de média altura. Quando combinados com amortecedores viscoelásticos em paredes centrais, esses sistemas reduzem a deriva entre pavimentos em 50–70%, com base em dados de testes em mesas vibratórias de instituições de pesquisa líderes.
Diferentemente dos contraventos convencionais que falham subitamente sob compressão, os contraventos com contenção ao flambagem (BRBs) utilizam núcleos de aço revestidos em tubos preenchidos com concreto. Esse projeto aumenta a capacidade de dissipação de energia em 300%, mantendo laços de histerese estáveis, conforme validado nas diretrizes FEMA P-795.
A Torre Toranomon-Azabudai, de 55 andares, em Tóquio, utiliza amortecedores de massa sintonizada de 1.200 toneladas trabalhando em conjunto com amortecedores de parede viscosos. Essa abordagem híbrida alcançou uma redução recorde de 60% nas vibrações causadas pelo vento e por eventos sísmicos durante o tufão Nanmadol em 2023.
Mais de 78% dos arranha-céus com estrutura metálica construídos desde 2020 em zonas sísmicas incorporam algum tipo de tecnologia de amortecimento, contra 42% em 2010. Estima-se que o mercado global de amortecedores sísmicos alcance 4,2 bilhões de dólares até 2028, impulsionado por códigos de construção mais rigorosos em regiões propensas a terremotos.
As ligas com memória de forma de níquel-titânio conhecidas como NiTi SMAs estão mudando a forma como construímos estruturas de aço resistentes a terremotos, pois conseguem retornar à sua forma original após sofrer deformações. Quando os edifícios tremem durante terremotos, esses materiais especiais absorvem parte dessa energia e depois voltam ao lugar quando tudo se estabiliza, o que significa menos danos permanentes no geral. Estudos indicam que, quando os engenheiros incorporam a tecnologia SMA em juntas entre vigas e colunas, essas conexões podem suportar cerca de 12 por cento mais força lateral do que as juntas de aço convencionais. O que torna esses materiais realmente interessantes, no entanto, é a sua capacidade de responder a variações de temperatura, permitindo que certas partes dos edifícios se reajustem essencialmente sozinhas após pequenos danos. Isso atua diretamente em um dos maiores pontos fracos das estruturas localizadas próximas a falhas geológicas ativas.
Estruturas de aço projetadas para autoalinhamento normalmente incorporam cabos protendidos ou vigas com amortecimento por atrito, que ajudam os edifícios a retornar à sua posição original após abalos sísmicos. A tecnologia reduz significativamente a deriva residual, cerca de 80% em alguns casos, fazendo com que os edifícios não fiquem inclinados como frequentemente vemos com métodos de construção mais antigos. Veja o exemplo recente em Tóquio, onde engenheiros testaram essa abordagem em um edifício de 40 andares no ano passado. Após um terremoto, a estrutura mal se moveu e continuou utilizável em cerca de 92% da sua capacidade anterior ao evento. Esse desempenho é coerente com as atuais normas de construção, que focam não apenas em manter as estruturas em pé, mas também em permitir que as pessoas voltem rapidamente aos edifícios após desastres, em vez de simplesmente evitar o colapso total.
Usar peças substituíveis que absorvem energia durante terremotos, como essas barras antiflexão especiais com restrição de flambagem ou extremidades de vigas sacrificais, torna possível concentrar os reparos em áreas específicas após um terremoto. Pense nisso como uma caixa de fusíveis da sua casa: essas peças suportam a maior parte dos danos para que possam ser substituídas em cerca de três dias, em vez de esperar semanas ou até meses por reparos tradicionais. A maioria dos edifícios modernos tem de um quarto a um terço de seus sistemas de sustentação laterais compostos por esses componentes substituíveis e ainda assim mantém a integridade estrutural em todo o edifício. Essa abordagem economiza tempo e dinheiro quando desastres acontecem, porque os engenheiros não precisam derrubar seções inteiras apenas para consertar o que foi danificado.
Sistemas de aço autorregenerativo têm um preço inicial cerca de 18 a 22 por cento mais alto do que as opções tradicionais à primeira vista. Mas ao analisar o que acontece ao longo do tempo, estudos mostram que os custos de manutenção diminuem cerca de 40% ao longo de cinquenta anos. Algumas pessoas destacam que esse custo adicional inicial está dificultando a adoção em áreas mais pobres, onde o dinheiro é mais crítico desde o início. Por outro lado, companhias de seguros estão começando a oferecer descontos entre 15 e 20% para edifícios equipados com esses materiais inteligentes, pois eles simplesmente reduzem riscos de forma mais eficaz. Tem havido uma grande discussão recentemente sobre atualizar os códigos de construção para exigir essa tecnologia em áreas propensas a terremotos, mesmo que isso signifique pagar mais inicialmente. A questão permanece se os benefícios de segurança superam as considerações financeiras nesses locais críticos.
As avaliações atuais de risco sísmico classificam áreas em diferentes categorias de perigo com base em previsões de movimentação do solo e registros históricos de terremotos. Ao analisar locais com riscos graves, como a famosa Falha de San Andreas na Califórnia ou a zona vulcânica ativa ao redor da Indonésia conhecida como Anel de Fogo, a maioria dos engenheiros tende a optar pela construção em aço, pois ele se curva melhor e absorve choques de forma mais eficaz. Pesquisas recentes de 2024 revelaram algo interessante também: edifícios com estrutura de aço localizados em áreas chamadas de Zona 4, onde ocorrem terremotos com maior frequência, apresentaram cerca de quarenta por cento menos danos em comparação com estruturas de concreto de tamanho semelhante quando submetidos a simulações de terremotos de magnitude 7. Todos esses achados realmente influenciam os materiais utilizados em projetos de construção. Na verdade, temos observado um aumento no uso de aço de aproximadamente 18 por cento ao ano em grandes cidades como Tóquio e Los Angeles desde o início da década.
Os terremotos na Turquia e Síria de 2023 (7,8M) expuseram falhas críticas em construções baseadas principalmente em concreto, com 92% dos edifícios desabados utilizando estruturas de concreto não dúcteis. Em contraste, o terremoto de Tōhoku no Japão em 2011 (9,1M) demonstrou a resistência do aço — apenas 0,3% dos arranha-céus com estrutura de aço em Sendai precisaram ser demolidos. Principais lições:
Economias emergentes enfrentam desafios únicos, equilibrando orçamentos limitados com requisitos de segurança sísmica. Uma abordagem econômica combina:
Uma revisão de 2023 sobre sistemas inteligentes de amortecimento destaca como nações em desenvolvimento, como Chile e Nepal, agora implementam contraventamentos resistentes ao flambagem em aço simplificados a um custo 60% menor que os sistemas tradicionais. Esta metodologia permite que cidades como Katmandu reforcem mais de 150 edifícios críticos anualmente, mantendo 85% dos orçamentos originais de construção.
O aço é preferido devido à sua ductilidade e capacidade de absorver e dissipar energia durante eventos sísmicos, evitando colapsos e minimizando danos.
As estruturas de aço são 60% mais leves, mais fáceis de reparar e dissipam energia melhor do que o concreto, que frequentemente sofre danos irreparáveis.
Conexões avançadas, como interfaces parafusadas e soldadas, garantem a integridade sob tensão, aumentando a durabilidade durante e após terremotos.
Materiais inteligentes como ligas com memória de forma oferecem capacidades de autorreparação, reduzindo a manutenção de longo prazo e melhorando a integridade estrutural.
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