Tecnologia suportada em aço revoluciona o amortecimento de edifícios

Um sistema de amortecimento estrutural construído em aço poderia tornar edifícios altos mais seguros em caso de terremotos e reduzir a oscilação do vento sem ocupar espaço valioso

À medida que os preços dos imóveis nas cidades em expansão em todo o mundo continuam a subir, os promotores responderam construindo edifícios mais altos e mais finos.

Centro de Londres, Hong Kong, Nova York, Toronto, Wellington, Manila; todos têm alguns dos imóveis de maior valor do mundo e com o apetite de viver e trabalhar no centro desses centros de negócios permanecendo alto, os desenvolvedores olharam para o céu.

Os métodos de construção modernos permitem que os arranha-céus sejam construídos em terrenos cada vez mais pequenos e com uma esbelteza correspondente. Mas embora estes arranha-céus delgados ofereçam acomodação vital, eles também tendem a balançar com o vento."Os módulos VCD são fabricados usando aço estrutural padrão japonês SM490A que intercala o polímero viscoelástico 3M. É um material superdurável. "O efeito é mais perceptível nos níveis superiores e, embora não haja implicações de segurança, pode fazer com que os ocupantes experimentem uma forma de enjôo. Para combater a oscilação, os desenvolvedores apelaram a engenheiros e projetistas para desenvolver sistemas de amortecimento que ajudem a reduzir esse movimento.

Existem dois tipos preferidos de amortecedores instalados na parte superior do edifício; um amortecedor de massa sintonizado, que é um sistema mecânico que atua para absorver qualquer movimento, e um amortecedor que usa um tanque cheio de água para adicionar peso e neutralizar qualquer oscilação.

Ambos são volumosos, exigindo 100 metros quadrados de espaço em dois andares, e em cidades onde cada centímetro quadrado de piso tem um valor alto que pode ser caro.

O alto custo dos sistemas de amortecimento existentes foi uma das razões pelas quais a empresa Kinetica Dynamics, com sede em Toronto, em conjunto com a produtora de materiais 3M e a especialista em aço Nippon Steel e Sumikin Engineering, tem desenvolvido um sistema que pode amortecer qualquer oscilação do vento ou movimento sísmico sem ocupar espaço valioso.

Seu amortecedor de acoplamento viscoelástico (VCD) utiliza a combinação da resistência ao cisalhamento e à deformação de materiais viscosos e a memória de estiramento do elástico, combinados em um polímero viscoelástico desenvolvido pela equipe da 3M.

Os fabricantes Nippon Steel e Sumikin Engineering pegam várias camadas desse material viscoelástico, imprensando-o entre camadas de aço de alta resistência para criar um de seus módulos VCD.

Esses módulos são transferidos para o canteiro de obras, onde são ancorados em seções de aço moldadas no concreto estrutural do arranha-céu. Estas “incorporações” são fabricadas localmente por fabricantes de aço com “modelos” que funcionam como preservadores de tolerância que permitem que os VCDs sejam fixados posteriormente com parafusos de aço de alta resistência. Isso garante que o processo possa ser retirado do caminho crítico do ciclo de construção, economizando tempo e aumentando a eficiência durante a construção.

"Isso significa que os empreiteiros gerais podem realizar o trabalho sem trazer equipes de especialistas. É bastante simples fundir as incorporações que são seções de aço estrutural padrão de produtores locais", explica Michael Montgomery, diretor técnico e diretor administrativo da Kinetica.

Ele tem trabalhado no uso de VCDs em estruturas altas reforçadas com a engenharia da 3M e Nippon Steel e Sumikin durante o processo de desenvolvimento e testes de oito anos na Universidade de Toronto e agora está vendo essa tecnologia ser implantada.

Esse regime de testes incluiu testes de amortecedores em escala real para validar a tecnologia de aço e viscoelástica, confirmando a eficácia e robustez do amortecimento. Eles indicaram melhorias significativas de desempenho em relação às configurações estruturais tradicionais para níveis frequentes de vento e terremotos, bem como testes mais rigorosos de ventos de nível de furacão e cenários extremos de terremotos.

"Há muitos anos que trabalhamos nesses VCDs e garantimos que sejam totalmente testados. Os módulos VCD são fabricados com aço estrutural padrão japonês SM490A que intercala o polímero viscoelástico 3M. É um material superdurável", explica Montgomery.

"Descobrimos durante os testes que o amortecedor funciona melhor sem qualquer camada de ligação adicional adicionada entre o aço e o polímero. Os parafusos de aço que fornecem a força de fixação são parafusos de aço hexagonais A490 padrão produzidos no Japão."

A distribuição e localização dos amortecedores ao redor da estrutura da torre dependem do projeto realizado pelos engenheiros estruturais e sísmicos. Em áreas de atividade sísmica significativa, não só podem reduzir o nível e a ferocidade das vibrações sísmicas, mas também a quantidade de trabalhos de reparação pós-terremoto.

“Descobrimos durante os testes que o amortecedor tem melhor desempenho sem qualquer camada de ligação adicional adicionada entre o aço e o polímero”

Se a sua capacidade for projetada para cargas predefinidas, os elementos de conexão dos VCDs atuam como ‘fusíveis estruturais’, evitando danos em elementos estruturais adjacentes. Após um terremoto extremo, só é necessário inspecionar esses fusíveis e substituí-los ou repará-los, se necessário.

Os VCDs Kinetica, 3M e Nippon Steel e Sumikin Engineering já foram instalados em empreendimentos de prestígio em áreas expostas a fortes ventos e atividades sísmicas.

Em Manila, o empreendimento Park Central Towers apresenta duas torres de 267m e 217m de altura. Eles estão localizados em uma região de tufões severos e a poucos quilômetros de uma grande falha geológica. Existem 32 VCDs em cada torre, reduzindo a carga eólica e sísmica em cada estrutura. E em Toronto, o empreendimento Y+C Condominium de 62 andares apresenta 42 VCDs que substituíram as vigas de acoplamento de aço na seção central da torre.

Com o futuro das acomodações e dos espaços de escritórios nas grandes cidades cada vez mais voltados para os arranha-céus, o potencial desta tecnologia construída em aço para melhorar a segurança e o conforto, ao mesmo tempo que maximiza o espaço físico, pode revelar-se inestimável.