Investigadores querem projectar arranha-céus em madeira com resistência sísmica

Por a 20 de Julho de 2017

engenheirosUma equipa de investigadores de um consórcio de universidades dos Estados Unidos está a testar, na University of California San Diego, formas de construir edifícios de 20 pisos, em madeira, com resistência sísmica.

No passado dia 14 de Julho, os investigadores submeteram uma estrutura em madeira com dois pisos a quatro simulações de sismo numa mesa de agitação – “a maior do mundo” – com sucesso: a estrutura resistiu e aguarda agora novos testes.

O objectivo destas experiências consiste em recolher dados suficientes para projectar edifícios de madeira de até 20 pisos que não sofrem “danos significativos” durante grandes sismos. No artigo publicado por esta universidade norte-americana, alcançar esta meta implica que não só os ocupantes dos edifícios poderão sair ilesos de um terramoto, como também podem voltar aos mesmos e continuar as suas vidas nas suas casas “pouco tempo após um tremor”.

“Projectar edifícios que são seguros mesmo durante grandes sismos é imensamente importante”, afirmou Shiling Pei. De acordo com este professor, que lidera a equipa de investigação, os cientistas estão a fazer “mais do que isso”. “Estamos a trabalhar no sentido de minimizar o período de tempo em que os edifícios ficam indisponíveis após grandes terramotos”, explicou Pei.

Com base na informação providenciada por estes testes e pela pesquisa relacionada, a equipa regressará, em 2020, a San Diego, para construir, agitar e, no final, queimar uma estrutura em madeira de 10 pisos com resistência sísmica na mesma mesa de agitação.

Nas actuais simulações, que envolvem a estrutura de dois pisos, os investigadores estão a estudar o comportamento de sistemas de segurança sísmica concebidos a partir de materiais de madeira avançados – que incluem paredes de reacção, que podem agitar-se durante um tremor e, depois, voltar aos seus lugares, e um piso projectado para resistir a fortes terramotos. A madeira consiste principalmente em CLT (cross laminated timber), um material “relativamente novo” e de alta performance constituído por camadas de madeira laminada.

No seu artigo, a University of California cita Pei, que afirma que, com este novo material “podemos começar a pensar em arranha-céus de madeira”. O professor explica que estes dois materiais – o CLT e a madeira utilizada para o piso – enquadram-se, normalmente, nas tendências de arquitectura e construção. Contudo, “a performance sísmica de edifícios altos construídos com estes tipos de madeira são ainda território novo”.

De acordo com a pela, durante o teste mais recente, a estrutura e os seus sistemas de segurança aparentaram comportar-se de forma positiva. Inicialmente os investigadores submeteram a estrutura a uma simulação com uma magnitude de 6.4, semelhante ao sismo de Imperial Valley, ocorrido em 1979, perto da fronteira com o México.

A este teste, seguiram-se duas outras simulações do sismo de Northridge, ocorrido em 1994. Após inspecionarem o edifício, sem encontrarem danos significativos, os investigadores sujeitaram esta estrutura a simulações dos sismos de Loma Prieta, de 1989, e o de Superstition Hills, que atingiu uma magnitude de 6.6 e aconteceu em 1987, perto de Salton Sea. Durante as próximas semanas, haverá mais testes, uma vez que os cientistas estão a experimentar diferentes sistemas e projectos de resistência sísmica.

Neste sentido, o artigo ressalva que, embora tenham sido construídos alguns edifícios de madeira de grande altura nos últimos anos, ou foram construídos em zonas de pouca ou nenhuma actividade sísmica ou utilizaram sistemas de resistência sísmica e de segurança constituídos por materiais que não a madeira – como betão ou aço.

Projectar com vista à resiliência

De acordo com a University of California, os actuais códigos de segurança sísmica na construção visam assegurar a protecção das pessoas durante grandes sismos, “permitindo que os edifícios se mantenham de pé o tempo suficiente para que os ocupantes possam sair sem perigo”. Todavia, estes códigos não asseguram “necessariamente” que os ocupantes terão um edifício ao qual regressar. Assim, projectar edifícios que se prevê que voltem ao activo brevemente após um terramoto, e com custos mínimos de reparação, é conhecido como “projectar para a resiliência sísmica”.

“Durante um grande sismo, as pessoas dentro de um edifício podem estar seguras, mas se a estrutura é esmagada, não terão um edifício ao qual regressarem”, afirmou Shiling Pei, revelando que ele a sua equipa querem “resolver essa situação”. A resiliência é um dos principais pilares deste projecto de investigação plurianual focado na construção de altos edifícios em madeira.

Segundo Pei, “os proprietários dos edifícios querem saber, após um terramoto, quantos meses estarão [os seus edifícios] fora de serviço”. “Queremos estar capacitados para dizer aos proprietários que os edifícios estarão fora de serviço durante uma semana e que o imóvel provavelmente necessitará apenas de reparar alguns sistemas que foram concebidos para sofrer danos”, acrescenta o investigador.

Para o próximo teste, recorrerão a uma estrutura com 6,7 metros e um sistema minimalista que visa recolher a informação necessária para projectar edifícios altos em madeira que têm este tipo de resiliência face à ocorrência de sismos. Um dos principais objectivos deste estudo consiste na forma como estes diferentes sistemas de segurança interagem uns com os outros durante simulações de terramotos realistas.

“Testámos as paredes de reacção no laboratório mas, enquanto engenheiros estruturais, sabemos que o sistema não é igual à soma das suas partes”, destacou o líder da equipa, explicando que, agora, finalmente, terão como recolher informação sobre o funcionamento dos diferentes componentes enquanto sistema, durante fortes sismos.

Segundo o artigo, os dados recolhidos durante estes testes serão “cruciais” para o desenvolvimento de uma metodologia de projecto para a próxima estrutura de madeira a utilizar, com 10 pisos.

Para Joel Conte, é “entusiasmante ver a nossa mesa de agitação ser utilizada para projectar, testar e validar sistemas de segurança face a sismos resilientes construídos com materiais inovadores e renováveis. “A nossa mesa de agitação permite aos investigadores testarem modelos estruturais à escala real para movimentações de terra severas causadas por sismos, o que é crucial para para alcançar este tipo de avanços na engenharia estrutural que podem salvar vidas e aumentar a resiliência das comunidades após desastres naturais”, complementou o professor de Engenharia de Estruturas da universidade californiana.

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