O modo como o aço se dobra ao invés de quebrar quando submetido a tensão torna-o uma excelente escolha para áreas propensas a terremotos. O concreto tende a rachar e quebrar facilmente sob pressão, mas as estruturas de aço flexionam e distribuem a força por toda a sua estrutura. Edifícios feitos com aço podem realmente mover-se lateralmente cerca de 10 a 15 por cento da sua altura durante tremores antes que algo grave aconteça. Essa flexibilidade salva vidas, pois impede que estruturas inteiras desabem repentinamente quando o solo começa a tremer ao redor delas.
Estruturas modernas de aço utilizam sistemas dissipadores de energia, como amortecedores por escoamento e contraventamentos com contenção ao flambagem. Esses componentes atuam como elementos sacrificáveis, absorvendo até 70% das forças sísmicas antes que alcancem os membros principais de suporte de carga. Ao concentrar os danos em partes substituíveis, esses projetos garantem que a estrutura geral permaneça intacta, mesmo que ocorra deformação permanente.
Estruturas de aço recebem proteção adicional por meio de técnicas como quadros contraventados e sistemas de isolamento de base, que basicamente desconectam o edifício dos movimentos do solo. No que diz respeito à implementação prática, os engenheiros frequentemente instalam dispositivos chamados mancais elastoméricos ou isoladores pêndulo de fricção, que permitem que os edifícios se movam parcialmente de forma independente em relação ao que acontece abaixo deles. Isso pode reduzir as forças laterais sofridas durante terremotos em cerca de metade a três quartos, segundo a maioria dos estudos que vimos. Existem também abordagens híbridas nas quais combinam diferentes métodos, como quadros contraventados excêntricos, que conseguem equilibrar rigidez suficiente para estabilidade, mantendo ainda alguma flexibilidade quando necessário. Esses sistemas ajudam a controlar a quantidade de danos que ocorrem quando há tremores realmente intensos.
O terremoto de Northridge de 1994 destacou a resistência do aço — edifícios com estrutura de aço contraventada apresentaram desempenho significativamente melhor do que as estruturas de concreto. Da mesma forma, a Torre Toranomon Hills, de 346 metros em Tóquio, sobreviveu ileso ao terremoto de Tohoku de 2011 graças ao seu sistema de treliça diagonal de aço e amortecedores de massa sintonizados, apesar de ter sofrido deslocamentos no solo de 6,5 metros.
Um estudo de desempenho sísmico de 2023 constatou que estruturas de aço se recuperam três vezes mais rápido do que as de concreto após grandes terremotos. Embora a madeira ofereça alguma flexibilidade devido ao seu peso leve, ela não possui a resistência à fluência consistente (275–450 MPa) do aço, tornando o aço 40% mais eficaz no suporte de cargas axiais e laterais combinadas em edifícios de múltiplos andares.
A relação resistência-peso do aço significa que edifícios podem resistir a ventos com velocidades superiores a 150 milhas por hora, praticamente o que observamos durante furacões de categoria 4, sem danos reais à estrutura em si. O que torna o aço tão especial é a forma como ele se dobra quando a pressão aumenta, em vez de quebrar abruptamente. Esse movimento de flexão ajuda na verdade a absorver parte da força e evita que as juntas falhem completamente. Ao analisar números reais de desempenho, constatou-se que painéis de aço resistem à penetração de detritos voadores cerca de 72 por cento melhor do que outros materiais de construção comuns, segundo pesquisa publicada pelo Instituto de Segurança contra Ventos em 2022. Para qualquer pessoa que viva em regiões onde tempestades são visitantes frequentes, essa diferença em proteção é muito importante por razões de segurança.
Após o Furacão Michael (2018), 92% dos edifícios com estrutura de aço em Panama City, Flórida, permaneceram operacionais apesar de ventos de 260 km/h e destruição generalizada. Em regiões propensas a tornados, como o condado de Moore, em Oklahoma, edifícios de aço apresentam 40% menos falhas no telhado do que estruturas de madeira, segundo a avaliação de desempenho de edificações da FEMA de 2021.
Um telhado de aço pode pesar cerca de 10 kg por metro quadrado, comparado aos pesados 31 kg do concreto, mas o que lhe falta em peso é compensado pela resistência contra forças de levantamento. O aço pode suportar condições desse tipo até três vezes melhor, graças à sua eficiência na transferência de cargas e na fixação segura. Testes demonstraram que, quando são utilizados sistemas avançados de fixação, as juntas têm 58 por cento menos probabilidade de se separar durante estresse causado pelo vento, segundo experimentos em túnel de vento. Isso significa que os edifícios permanecem estáveis mesmo quando a natureza mostra toda a sua força.
Para maximizar a resistência ao vento, edifícios em aço modernos incorporam elementos de design aerodinâmicos:
Combinados com software de modelagem preditiva, esses recursos permitem que estruturas de aço excedam os requisitos de carga de vento da ASCE 7-22 em 15–25% em regiões costeiras.
O aço não queima e derrete em torno de 1.300 graus Celsius, o que é bastante quente. Isso significa que ele não pegará fogo nem liberará gases perigosos quando houver um incêndio. De acordo com uma pesquisa do NIST realizada em 2022, edifícios construídos com estruturas de aço resistem cerca de 42 por cento mais tempo em comparação com aqueles feitos com estruturas de madeira. Esse tempo extra pode fazer toda a diferença durante uma situação de evacuação de emergência. Embora o aço comece a perder sua resistência quando as temperaturas atingem cerca de 530 graus Celsius, as normas modernas de construção possuem maneiras de lidar com esse problema. Elas incorporam sistemas de backup e dividem as estruturas em seções separadas, de modo que, mesmo que parte do edifício seja danificada, outras áreas permaneçam estáveis o suficiente para permitir que as pessoas saiam com segurança.
Esses revestimentos intumescentes especiais ficam inchados quando expostos a altas temperaturas, criando uma camada protetora de carvão que realmente retarda a velocidade com que o aço aquece. Combine-os com materiais ignífugos à base de cimento e elementos estruturais como vigas e colunas podem realmente passar nos rigorosos testes de fogo ASTM E119, durando de 2 a 4 horas antes de qualquer flambagem ocorrer. Alguns estudos recentes mostram que o aço adequadamente revestido mantém cerca de 90 por cento da sua capacidade em temperaturas em torno de 800 graus Celsius, enquanto o aço comum não protegido cai para apenas 35 por cento da capacidade nas mesmas condições, segundo descobertas publicadas no Journal of Fire Protection Engineering no ano passado.
Quando a madeira atinge aproximadamente 300 graus Celsius ou 572 Fahrenheit, começa a queimar e libera gases inflamáveis que fazem os incêndios se espalharem mais rapidamente. Esses gases são responsáveis por cerca de dois terços de todos os incêndios fatais em edifícios, segundo dados da National Fire Protection Association do ano passado. A troca de materiais faz grande diferença neste aspecto. O aço não fornece o mesmo tipo de combustível que a madeira, o que significa que as chamas não se propagam pelas estruturas com tanta facilidade. Testes mostram que o aço reduz significativamente a velocidade com que um incêndio se espalha, diminuindo as taxas de propagação em cerca de 83 por cento, segundo pesquisas da Fire Protection Research Foundation. Embora camadas de madeira carbonizada possam proteger contra danos térmicos imediatos por algum tempo, o aço comporta-se de maneira muito mais previsível quando exposto a altas temperaturas. Essa previsibilidade permite que engenheiros estruturais planejem sistemas de suporte melhores ao longo dos edifícios. Como resultado, edifícios altos construídos com estruturas de aço enfrentam riscos muito menores de colapso durante incêndios intensos. Estudos conduzidos pelo Comitê de Resistência ao Fogo da ACI indicam que esses projetos reduzem as chances de colapso em quase 91 por cento em comparação com construções tradicionais de madeira.
A adaptabilidade do aço dá aos engenheiros espaço para adaptar seus projetos de acordo com o tipo de desastres que podem atingir diferentes regiões. Tomemos lugares propensos a inundações, por exemplo, suportes de aço são levantados acima dos níveis normais de inundação lá. Os edifícios ao longo das costas muitas vezes incorporam ligas especiais que resistem à ferrugem de todo esse ar salgado. Alguns estudos recentes que analisaram a resistência de estruturas durante desastres mostraram que, quando as estruturas de aço são projetadas especificamente para cada local, elas podem reduzir as contas de reparo em cerca de 40 por cento em comparação com os métodos de construção convencionais. Essas abordagens personalizadas não só economizam dinheiro, mas também ajudam a cumprir as normas de construção e a resistir melhor a qualquer coisa que a natureza lhes lance ao longo do tempo.
A análise por elementos finitos (FEA) e várias técnicas de modelagem computacional permitem que engenheiros verifiquem como edifícios em aço reagem diante de grandes desafios, como terremotos ou ventos com força de furacão ao redor de 150 mph. Esses modelos ajudam a identificar áreas problemáticas muito antes do início de qualquer construção real. Pesquisas recentes de 2024 descobriram que a inclusão de inteligência artificial em softwares de simulação aumenta a precisão preditiva em cerca de 28 por cento em comparação com abordagens mais antigas. Aplicações práticas significam que engenheiros estruturais podem ajustar tamanhos de vigas, modificar detalhes de conexões e redesenhar sistemas de contraventamento com base no que aprendem. O resultado? Edifícios que apresentam melhor desempenho sob condições de estresse específicas de sua localização, seja em zonas de atividade sísmica ou em regiões costeiras propensas a tempestades.
A flexibilidade do aço permite diversas formas de suportar cargas em diferentes elementos estruturais, como estruturas contraventadas, ligações rígidas e diafragmas. Esses elementos atuam em conjunto para absorver e distribuir forças quando ocorre um desastre. O que torna o aço realmente destacado é a sua capacidade de se deformar ligeiramente antes de se romper, proporcionando aos engenheiros uma margem adicional de segurança. Um estudo recente do ano passado mostrou que, após grandes terremotos, edifícios de aço mantiveram cerca de 89 por cento da sua resistência original, enquanto estruturas de concreto conseguiram manter apenas cerca de 67 por cento. Os engenheiros incorporam esses sistemas de reserva seguindo regras específicas de projeto, de modo que, se uma parte for danificada, outras entram automaticamente em ação para manter a edificação em pé. Essa abordagem ajuda a explicar por que tantos edifícios modernos dependem do aço, apesar dos custos iniciais mais elevados.
O que torna o aço uma escolha eficaz para áreas propensas a terremotos?
O aço é altamente eficaz em áreas propensas a terremotos devido à sua ductilidade, permitindo que se dobre e absorva forças sísmicas, evitando colapsos súbitos.
Como as estruturas de aço se comportam durante furacões?
A relação resistência-peso do aço ajuda os edifícios a suportarem ventos fortes e impactos de detritos, permanecendo operacionais mesmo após tempestades severas.
O aço é um material resistente ao fogo?
Sim, o aço é inerentemente resistente ao fogo e não queima, tornando-o uma escolha mais segura em comparação com materiais como a madeira.
O aço pode ser personalizado para ameaças regionais específicas?
Os projetos em aço podem ser adaptados para ameaças regionais específicas, aumentando a resiliência contra desastres locais, como enchentes e corrosão em áreas costeiras.
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