Avaliação do comportamento sísmico e da capacidade de colapso de estruturas duplas de pórtico–muro em CA considerando a interação solo-estrutura sob condições de solo variáveis

Por que o solo sob os edifícios importa

Quando imaginamos edifícios resistentes a terremotos, muitas vezes nos concentramos na resistência de pilares, vigas e paredes. No entanto, uma parte crucial da história está fora de vista, no solo e nas fundações que sustentam a estrutura. Este estudo faz uma pergunta aparentemente simples, com grandes implicações para a segurança: quanto a flexibilidade do próprio terreno altera o comportamento de edifícios em concreto armado durante terremotos intensos, e as normas de projeto atuais poderiam estar subestimando o risco de colapso — especialmente em solos moles?

Como os edifícios modernos de concreto reagem ao movimento

Muitos edifícios de altura média e alta em concreto utilizam um sistema “duplo” para resistir aos terremotos. Paredes verticais de concreto, chamadas de paredes de cisalhamento, atuam em conjunto com pórticos formados por vigas e pilares. As paredes rígidas suportam a maior parte do movimento lateral, enquanto os pórticos fornecem resistência complementar e ajudam a controlar os danos. Os códigos de construção geralmente pressupõem que a base da estrutura está presa ao solo, ou seja, que a fundação não roda nem desliza. Na realidade, especialmente em solos mais moles, estrutura, fundação e solo se movem e deformam em conjunto. Essa interação solo–fundaçao–estrutura pode alongar o período natural do edifício, alterar como as forças se propagam pelo pórtico e pelas paredes e modificar onde o dano se concentra durante um terremoto.

Testando edifícios e solos

Os pesquisadores criaram modelos computacionais detalhados de três edifícios em concreto armado — com 5, 10 e 15 pavimentos — projetados segundo normas dos EUA vigentes para dois tipos de solo comuns: um solo mais rígido (Tipo C) e outro mais macio (Tipo D). Para cada altura e tipo de solo, compararam uma versão idealizada com base fixa com uma versão mais realista de base flexível, na qual as fundações podiam rodar e assentarem-se sobre molas que representam o comportamento do solo. Em seguida realizaram milhares de simulações usando registros reais de terremotos, incluindo eventos de nível de projeto e tremores muito mais intensos. Essas simulações capturaram não apenas deslocamentos globais (quanto cada pavimento balança) mas também “dobradiças plásticas” — zonas onde vigas e pilares cedem e acumulam dano permanente — e, por fim, se o edifício seria esperado colapsar.

O que acontece em solo mole versus rígido

Os resultados mostram que fundações flexíveis podem tanto amaciar quanto pôr em risco os edifícios, com efeitos mais pronunciados em estruturas mais baixas e em solo macio. Permitir que o edifício rode alongou seu período de vibração e reduziu as forças máximas na base, mas também aumentou os deslocamentos entre pavimentos e o dano nas vigas. No solo mais macio, os deslocamentos interandares no modelo de 5 andares aumentaram em até 100% em comparação com o caso de base fixa; mesmo as versões de 10 e 15 andares em solo macio apresentaram aumentos de deslocamento de cerca de 58% e 18%, respectivamente. À medida que o solo se tornava mais macio, as paredes de cisalhamento passaram a suportar uma parcela menor do movimento, transferindo mais carga para os pórticos ao redor. Essa redistribuição provocou rotações maiores nas extremidades das vigas — até 65% mais em solo macio e 36% mais em solo mais rígido — especialmente nos pavimentos inferiores e nas tramas externas, onde o dano tende a desencadear o colapso.

Do balanço extra ao maior risco de colapso

Para ir além de simulações individuais, a equipe utilizou um método chamado análise dinâmica incremental para construir curvas de fragilidade — relações estatísticas entre a intensidade do movimento do solo e a probabilidade de colapso. Essas curvas revelaram que bases flexíveis aumentaram consistentemente a probabilidade de colapso, particularmente em solo mole. Para edifícios em solo mais macio, a margem entre o tremor de nível de projeto e o colapso diminuiu em até 35% quando a flexibilidade do solo foi considerada. Em níveis máximos de terremoto considerados, a chance de colapso para estruturas em solo mole subiu para a faixa de 9–12%, em comparação com apenas alguns por cento quando as fundações eram assumidas perfeitamente fixas. Notavelmente, para edifícios altos o acréscimo de balanço parecia modesto em tremores de nível de projeto, mas em intensidades muito altas amplificou os deslocamentos laterais e os chamados efeitos P–Delta, nos quais as cargas gravitacionais inclinadas desestabilizam ainda mais a estrutura.

O que isso significa para cidades mais seguras

Para não especialistas, a mensagem-chave é que a “frouxidão” do solo pode corroer silenciosamente a margem de segurança incorporada em edifícios modernos de concreto, especialmente sistemas duplos parede–pórtico em solos moles. Projetos que parecem robustos quando as fundações são tratadas como rígidas podem, na prática, estar mais próximos do colapso se o solo permitir movimentos significativos de rotação e assentamento. Os autores concluem que os códigos de construção e a prática de engenharia deveriam levar em conta de forma mais explícita a interação solo–fundaçao–estrutura, em vez de presumir que ela é sempre benéfica. Fazer isso geraria estimativas de demanda sísmica mais confiáveis e maior consistência de segurança entre diferentes locais, ajudando a garantir que edifícios em solos moles não enfrentem uma desvantagem oculta quando o próximo grande terremoto ocorrer.

Citação: Yousefi, A., Tehrani, P. Evaluation of seismic behavior and collapse capacity of dual RC frame–shear wall structures considering soil-structure interaction under varying soil conditions. Sci Rep 16, 6211 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36577-0

Palavras-chave: interação solo-estrutura, engenharia sísmica, edifícios de concreto armado, risco de colapso sísmico, efeitos de solo mole