Amortecedor com esferas de aço absorve 14% da energia das vibrações

Investigadores demonstraram que um cilindro cheio de esferas de aço consegue absorver cerca de 14% da energia vibratória que, de outra forma, se propagaria por uma estrutura.

O resultado sugere uma solução mais simples para reduzir os danos sofridos por edifícios, pontes e equipamentos sensíveis durante sismos e outros episódios de vibração intensa.

No interior do cilindro

Uma patente dos EUA, concedida em dezembro de 2025, abrange o dispositivo e regista oficialmente o seu desenho.

Com base nesse conceito, Moussa Leblouba, professor de engenharia na Universidade de Sharjah, nos Emirados Árabes Unidos, desenvolveu um amortecedor destinado a estruturas em pórtico.

O equipamento é composto por um cilindro oco preenchido com esferas de aço e por um veio central equipado com hastes curtas.

Esta configuração simples procura controlar o movimento através do contacto directo, dispensando bombas, electrónica ou componentes metálicos sacrificiais.

Como a fricção ajuda

Quando um edifício oscila, o veio desloca-se alternadamente e as suas hastes atravessam as esferas compactadas.

Esse atrito converte uma parte do movimento provocado pelo sismo em calor, deixando menos energia disponível para fissurar betão ou deformar aço.

“Friction generated between the balls and the rods absorbs and dissipates the vibration energy”, afirmou Leblouba.

Como a energia é dissipada dentro do amortecedor, a estrutura envolvente deverá receber uma força menor e mais lenta.

Não necessita de energia

Muitos amortecedores reduzem o movimento por compressão de fluidos, fricção ou cedência do metal, sendo que cada abordagem implica diferentes compromissos de manutenção.

“Our device needs no power at all; it works through pure physics, through friction; it is passive”, afirmou Leblouba.

Uma falha de energia durante um sismo não o desligaria, e os elementos danificados poderiam ser substituídos sem ser necessário trocar toda a unidade.

Esta capacidade de resistência pode ser especialmente importante após o primeiro abalo, quando as equipas precisam de sistemas de protecção que continuem operacionais.

Adaptação a estruturas antigas

A instalação de amortecedores em edifícios antigos costuma ser mais simples do que a aplicação de isoladores de base, e é para esse segmento que este desenho foi pensado.

Estes sistemas separam uma estrutura do movimento do solo, mas podem exigir intervenções estruturais muito mais profundas do que um amortecedor compacto.

Pontes, torres e bastidores de equipamentos são os candidatos mais evidentes, sobretudo quando os proprietários procuram melhorar a segurança sem desocupar uma instalação inteira.

A adopção continuará a depender de pormenores de engenharia, mas os equipamentos adequados a reabilitações chegam habitualmente mais depressa a projectos reais.

O que revelaram os testes

Os primeiros ensaios laboratoriais traduziram o desempenho comunicado do dispositivo em valores concretos, em vez de alegações gerais.

Segundo Leblouba, o desenho alcançou cerca de 14% de taxa de amortecimento, uma medida da rapidez com que a vibração diminui.

Em deslocamentos muito pequenos, entre cerca de 0,04 e 0,20 polegadas (1 a 5 milímetros), registou ainda uma média aproximada de 28 500 libras (12 927 quilogramas) de força resistente por cada polegada de deslocamento.

Os números são encorajadores, mas resultam de deslocamentos reduzidos e não da intensidade total de um grande sismo real.

Para além das zonas sísmicas

Os sismos não são a única origem de vibrações capazes de danificar estruturas, e a patente foi redigida tendo em vista problemas vibratórios mais amplos.

Ventos fortes, tráfego ferroviário, maquinaria industrial e choques repetidos podem levar equipamentos ou estruturas a movimentos alternados prejudiciais.

Por isso, o mesmo cilindro poderá ser utilizado em equipamentos de comunicação, instrumentos de laboratório ou sistemas de transporte sensíveis à vibração.

Um dispositivo que reduz diversos tipos de vibração tende a ganhar mais valor, pois permite repartir os custos de desenvolvimento por várias indústrias.

Da areia ao aço

Esta patente não surgiu isoladamente, uma vez que o laboratório de Leblouba já vinha a testar amortecedores preenchidos com partículas.

Um artigo publicado pelo mesmo grupo avaliou um dispositivo em caixa preenchido sobretudo com areia, também recorrendo ao movimento de partículas para dissipar energia.

O cilindro com esferas de aço altera a geometria e as superfícies de contacto, mas mantém o princípio fundamental de usar partículas económicas para realizar trabalho exigente.

Esta continuidade indica que não se trata de um dispositivo pontual, mas sim de parte de uma linha de investigação deliberada.

Custo e acessibilidade

Nada no dispositivo parece complexo: um cilindro, um veio, hastes curtas e esferas de aço que podem ser montadas no local.

Os componentes simples são relevantes em países propensos a sismos, porque as equipas de manutenção podem substituir um elemento danificado em vez de descartar todo o sistema.

Isto poderá reduzir os custos em dois momentos: na instalação e, mais tarde, após um evento danoso, quando as reparações tendem a tornar-se muito dispendiosas.

Em zonas com elevado risco sísmico e orçamentos mais limitados, esta combinação pode ser tão relevante como o desempenho bruto.

O caminho após a patente

A próxima etapa consiste em verificar se o pequeno protótipo mantém o comportamento quando é sujeito a cargas maiores e mais complexas.

Os ensaios previstos em mesa vibratória, experiências controladas que reproduzem o movimento de um sismo, irão submeter estruturas à escala equipadas com o dispositivo a deslocamentos mais realistas.

Os investigadores também pretendem variar a forma e o espaçamento das hastes, bem como o tamanho e o material das esferas, para ajustar a resposta do amortecedor.

Até que esses resultados sejam conhecidos, a invenção parece promissora sobretudo como um conceito inteligente com um comportamento inicial encorajador.

Impacto do novo desenho

Um amortecedor baseado no atrito entre esferas de aço, em vez de bombas ou electrónica complexa, poderá alargar o acesso à protecção sísmica.

O seu valor real dependerá de ensaios de maior dimensão e da utilização no terreno, mas a ideia já reduz a distância entre a engenharia e um equipamento utilizável.