10 maravillas verdes de la ingeniería estructural

Los ingenieros civiles construyen puentes .

Los ingenieros estructurales evitan que todo se tuerza, se arrugue y se deshaga.

Es un negocio complicado. Como dice una cita muy comentada: "La ingeniería estructural es el arte de moldear materiales que no entendemos del todo en formas que no podemos analizar con precisión, para resistir fuerzas que realmente no podemos evaluar, de tal manera que el público no sospeche el alcance de nuestra ignorancia" [fuentes: AGCAS ; Merriam-Webster ; Schmidt ].

Tal conocimiento es vital para dominar los materiales novedosos de la construcción ecológica y las prácticas innovadoras, ya sea que se utilicen en un rascacielos, una casa o una estructura construida para aprovechar el viento, unir las olas u orbitar a gran altura y monitorear el clima.

Ya sean tradicionales o por ahí, las estructuras verdes nos emocionan al enfatizar objetivos particulares, como cero emisiones, y lograrlos a través de formas llamativas y potencialmente hermosas. Como demuestran las selecciones de esta lista, la ingeniería estructural ecológica plantea nuevas cuestiones arquitectónicas y nuevos criterios para evaluar las respuestas.

1. Edificio Eastgate (Harare, Zimbabue)
2. Millennium Dome (Londres, Reino Unido)
3. Puente Jarrold (Norwich, Reino Unido)
4. Pabellón de Japón para la Expo 2000 (Hannover, Alemania)
5. Turbinas de viento
6. Apartamentos Charles David Keeling (San Diego, California)
7. Casa R128 (Stuttgart, Alemania)
8. Satélites ambientales operativos geoestacionarios
9. Boya de energía autónoma
10. Centro Federal Sur (Seattle, Washington)

Las termitas no tienen por qué figurar entre los peores enemigos de un edificio; también pueden inspirar un notable replanteamiento de la calefacción, la refrigeración y el aire acondicionado . Tomemos como ejemplo el edificio Eastgate, que cambia el aire acondicionado tradicional a favor de un ventilador más potente: un sistema de ventilación que incorpora los trucos de regulación del calor que se encuentran en los imponentes montículos de termitas en todo el sur de África. Estos montículos cónicos, que pueden crecer hasta varios metros de altura, mantienen una temperatura interna casi constante mientras que las condiciones exteriores oscilan entre 108 y 37 F (42 y 3 C) [fuentes: Biomimicry Institute ; Griggs ; Tuhus-Dubrow ; Turner ].

El arquitecto Mick Pearce y los ingenieros de Arup Associates idearon el diseño, que imita la disposición en constante cambio de un montículo de termitas de agujeros para atrapar la brisa a través de un sistema de ventiladores, conductos de ventilación y embudos. El complejo de oficinas, que utiliza el 10 por ciento de la energía que consumen otros edificios de tamaño similar, representa solo una creación de la pequeña pero creciente subindustria conocida como arquitectura biomimética [fuentes: Biomimicry Institute ; Tuhus-Dubrow ].

Una vez considerado como una vergüenza política y un desastre económico, el Millennium Dome (más tarde rebautizado como O2) se ha recuperado desde entonces como un lugar de conciertos y deportes. Inflando desde la zona dudosa de los Docklands del este de Londres como un enorme erizo de mar resplandeciente, abarca un espacio interno extenso y prácticamente ininterrumpido utilizando muy poco material: aproximadamente 1-2 libras por pie cuadrado (4,9-9,8 kilogramos por metro cuadrado), en comparación con las 30-40 libras (146,5-195,3 kilogramos) típicas de la mayoría de los techos [fuentes: bruto ; Lyall ; RSH+P ; Salomón ].

Las espinas del erizo mutante son en realidad 12 mástiles de acero (uno para cada mes), cada uno de los cuales se eleva 328 pies (100 metros) y juntos sostienen un techo de fibra de vidrio recubierto de teflón sobre más de 1,076,000 pies cuadrados (100,000 metros cuadrados) de recinto. El edificio mide aproximadamente 1.200 pies (unos 365 metros simbólicos, uno para cada día del año) de ancho y 0,62 millas (un kilómetro completo) de diámetro, y alcanza una altura máxima de 164 pies (50 metros) [fuente: RSH+P ] .

Sigue siendo controvertido si la cúpula representa un triunfo ambiental o una tragedia. Su construcción impulsó un proyecto masivo de limpieza de desechos tóxicos y recuperación del área, y utilizó muy pocos materiales. Desafortunadamente, su material para techos de politetrafluoroetileno (PTFE, mejor conocido como teflón) genera clorofluorocarbonos (CFC) que dañan el ozono y CFC hidrogenados cuando se produce. Aún así, supera el plan original de usar poliéster recubierto de PVC ligado a dioxina [fuentes: Higgs ; Melchett ; Williams ].

Diseñado para vincular un desarrollo de nueva construcción con el centro histórico de la ciudad de Norwich, Jarrold Bridge desafía las limitaciones tanto de lo antiguo como de lo nuevo mientras parece desafiar la gravedad .

Como cruce para ciclistas y peatones por igual, la estructura mejora el medio ambiente en más de un sentido: primero, al emplear un diseño en voladizo que minimiza la alteración ambiental con gracia y estilo, y segundo, al reducir la necesidad de puentes para vehículos. Los puentes para vehículos tienden a ocupar huellas sustanciales, tanto metafóricamente, en términos de materiales de construcción utilizados y contaminación de escorrentía creada, como literalmente, con respecto al espacio sustancial que ocupan sus entradas y salidas terrestres y sus soportes anclados en el agua [fuentes: ISE ; Ramboll ].

Un voladizo es simplemente una viga anclada en un solo extremo. Sin necesidad de más soportes, Jarrold Bridge prácticamente levita sobre el agua, dejando el tráfico del río Wensum y las vistas locales sin obstáculos. El acero resistente a la intemperie, la madera dura de origen sostenible y el acero inoxidable sin acabados aplicados juntos crean un puente duradero que no arroja escorrentías tóxicas y requiere poco mantenimiento. Las luces del puente iluminan tenuemente la pasarela, no el agua, protegiendo a los peces y la vida silvestre locales del deslumbramiento intrusivo [fuentes: RG Carter ; ISE ; Ramboll ].

Una estructura con soporte de cartón puede sonar como un lugar verdaderamente pésimo para tener un gato doméstico (rompe esos rascadores adicionales), pero el arquitecto Shigeru Ban favorece el material como barato, fácil de trabajar y fácilmente disponible, una fuente de infinitas nuevas oportunidades de arquitectura e ingeniería estructural. Estas cualidades encajan bien con los esfuerzos humanitarios de Ban, incluida la vivienda temporal barata que diseñó para los campos de refugiados de Ruanda [fuentes: Corkill ; Eterington ].

Para Ban, cualquier cualidad verde que posean sus estructuras es accidental; considera el movimiento verde como otra moda pasajera. Pero cuando la Expo 2000 de Hannover (una feria mundial) le pidió que siguiera con su tema medioambiental, estuvo a la altura de las circunstancias. Buscando minimizar los residuos industriales, diseñó el Pabellón de Japón para reutilizar o reciclar la mayor cantidad de material posible. Su arco de túnel ondulante, una cuadrícula de tubos de papel que se inclinan suavemente cubiertos por una membrana de papel y sostenidos por cables de tracción, medía 242 pies de largo, 82 pies de ancho y 52 pies de alto (73,8 x 25 x 15,9 metros) y presentaba un arco de madera. para la fuerza en cada extremo [fuente: Shigeru Ban ].

El viento ha estado aumentando bastante durante la última media década. De hecho, a partir de 2013, la energía eólica ha superado a la competencia para convertirse en el recurso de energía renovable de más rápido crecimiento en el mundo [fuente: LaGesse ]. Pero no exageremos las cosas: para que el viento realmente alcance su potencial energético, las turbinas deben ser mejores para atrapar el viento desde cualquier dirección y convertirlo en energía. Más que eso, se deben desarrollar dispositivos para almacenar esa energía de manera eficiente y entregarla de manera uniforme, de modo que la electricidad esté disponible bajo cualquier condición de viento.

Unos pocos ejemplos de progreso revelan que esta floreciente industria ha tomado su segundo aire. Inspirándose en las aletas de las ballenas jorobadas, la compañía WhalePower agregó bordes festoneados que capturan aire a las palas de sus turbinas, y tanto Quiet Revolution como Windspire Energy desarrollaron turbinas que pueden capturar vientos de cualquier dirección sin necesidad de girar. Honeywell y WePOWER continúan conectando turbinas cada vez más eficientes, incluso cuando los constructores conscientes del medio ambiente comienzan a montarlas en los bordes del techo para atrapar las corrientes ascendentes [fuente: Merolla ].

Mientras tanto, un grupo del Instituto Tecnológico de Massachusetts ha desarrollado un novedoso sistema de almacenamiento de energía de turbina utilizando una bola de hormigón sumergida y hueca: mientras sus aspas giran, parte de la electricidad generada alimenta una bomba que impulsa el agua de mar fuera del contenedor; cuando los vientos cesan, el agua vuelve a entrar, hace girar una turbina y genera electricidad [fuente: Harbison ].

El campus de San Diego de la Universidad de California no es ajeno a la arquitectura llamativa . Más allá de su famosa y fantasiosa Biblioteca Geisel, acunada en lo alto de su árbol de hormigón, el campus de 50 años alberga una muestra de los estilos modernistas.

Los apartamentos Charles David Keeling, con sus formas rectilíneas y desordenadas, su escasa ornamentación y su construcción de hormigón y vidrio, sin duda encajan con sus vecinos modernos. Pero también se basan en los aspectos más ecológicos de la estética moderna (uso amplio del vidrio para maximizar la luz natural, énfasis en el sol y la sombra para mejorar la comodidad, empleo de materiales en estados sin adornos) y los llevan a sus conclusiones lógicas y ecológicas.

Las formas del edificio y la disposición de las ventanas maximizan la ventilación natural, lo que reduce el consumo de energía en un 38 por ciento, mientras que un sistema de paneles, pasarelas y vidrios de baja emisividad térmica (low-E) reducen la radiación solar entrante. Los edificios también incluyen celdas solares y un sistema de agua de conservación y reutilización que se extiende desde el paisajismo hasta los inodoros de bajo flujo y el reciclaje de aguas residuales en el lugar. La vegetación en los techos refresca los apartamentos y al mismo tiempo dirige el agua a los estanques de retención, lo que reduce los niveles de contaminantes en la escorrentía de aguas pluviales [fuente: Goodman ].

Apropiadamente, el edificio lleva el nombre de un científico estadounidense que fue uno de los primeros en advertir al mundo sobre el efecto invernadero.

Werner Sobek es un experto en diseñar el futuro. También es un poco una luminaria de estructura verde. Miremos a su R128 House como prueba.

El problema de construir una casa que se adapte a las empinadas paredes del valle de Stuttgart sin sacrificar ni un ápice de la hermosa vista es suficiente para desafiar a cualquier arquitecto, pero Sobek también optó por hacer de su casa R128 un estudio de sostenibilidad [fuentes: Dwell ; Werner Sobek ].

La casa de mortaja y espiga 100 por ciento reciclable es completamente modular y se ensambla y desarma más fácilmente que la mayoría de los muebles de Ikea . R128 no produce emisiones y proporciona toda la energía que necesita a través de sus células solares. Cuenta con paredes de vidrio en todos los lados, que consisten en paneles aislantes de triple acristalamiento de alta calidad [fuentes: Dwell ; ciervo ; Werner Sobek ].

No es el hogar para el alma modesta pero, de nuevo, esa es la idea. Solo asegúrese de traer una gran cantidad de Windex.

La serie de naves espaciales orbitales Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) ha desempeñado un papel vital en el seguimiento del tiempo y el clima de la Tierra desde que la NASA lanzó el primero de la familia el 16 de octubre de 1975 [fuentes: NOAA OSO ].

El sistema se puso en marcha con el lanzamiento de su segunda generación, la serie GOES IM, que llevó los tiempos de observación de la Tierra del 10 al 100 por ciento. Lanzado entre 1994 y 2001 y dado de baja, el GOES 9-12 reveló los misterios de las nubes y la niebla, las corrientes oceánicas, las tormentas y los vientos, e incluso el derretimiento de la nieve. Lo hizo fusionando datos de sensores de las bandas visual e infrarroja con información de una serie global de estaciones de recolección de datos, globos y boyas. El sistema actual, GOES NP, contiene versiones mejoradas de instrumentos similares y también algunos nuevos [fuentes: NOAA OSD ; NOAA OSO ].

Tradicionalmente, al menos dos satélites GOES operan a la vez, uno sobre cada costa de América del Norte. Actualmente, GOES-13 se designa como GOES-Este y GOES-15 como GOES-Oeste. Además, GOES 12 monitorea Sudamérica. La próxima generación de naves, que se lanzará en 2015, agregará nuevos dispositivos, incluido un mapeador de rayos y dos instrumentos solares para monitorear mejor la producción de rayos X y la radiación ultravioleta extrema del sol [fuentes: Oficina del Programa GOES-R ; OSO de la NOAA ; NOAA OSO ].

Las conjeturas informadas sobre la energía recuperable de las olas oceánicas pueden llegar a decenas o cientos de teravatios (billones de vatios) por año, pero encontrar una forma ecológica de aprovechar esas deliciosas olas históricamente ha dejado a los ingenieros sintiéndose hundidos. Últimamente, sin embargo, el campo ha experimentado un cambio radical, gracias a gente como Ocean Power Technologies.

El atractivo del Autonomous PowerBuoy se deriva tanto de su tamaño reducido como de su principio sencillo: una boya de 1,50 metros (5 pies) de altura se balancea sobre las olas, tirando de un mástil de anclaje conectado a un motor rotativo en el lecho marino. El movimiento ondulatorio hacia arriba y hacia abajo hace girar el motor, que genera electricidad. Si eso suena simple, no lo es: para manejar las variaciones en la potencia de tracción causadas por olas de diferentes tamaños, el flotador necesita una computadora a bordo para ajustar la resistencia del mástil 10 veces por segundo [fuentes: Fecht ; OPCIÓN ].

Varias PowerBuoys operan actualmente en las aguas alrededor de Hawái, cada una de las cuales genera 0,04 megavatios de energía, pero las boyas planificadas para aguas escocesas podrían aumentar ese número hasta 0,15 megavatios. Según el fabricante Ocean Power Technologies, una vez instalados en las redes, los artilugios oscilantes podrían escalar hasta cientos de megavatios [fuentes: Fecht ; OPCIÓN ].

Hay un viejo chiste que dice que la solución del Cuerpo de Ingenieros del Ejército a cualquier problema es simplemente verter más concreto. Bueno, no lo notaría al ver la sede del Distrito Noroeste de la agencia, que no solo se ubica en el 1 por ciento superior de los edificios de oficinas de eficiencia energética en todo el país, sino que también es luminosa, ventilada y abundante en madera, vidrio y espacios fluidos. todo en un sitio Superfund reclamado y remediado [fuentes: Gendall ; Buen hombre ].

Diseñado por ZGF Architects y construido por Sellen Construction, el edificio canaliza la luz desde un atrio central y ventanas exteriores hacia varios espacios de reunión, mientras que las paredes cúbicas bajas permiten que la luz penetre también en el bullpen de cubículos. El sombreado de las ventanas por fuera y por dentro controla la carga de calor, al igual que el uso de ventanas de triforio. Las secciones de madera se construyeron en parte con materiales recuperados de un almacén cercano fuera de servicio. Para mantener el interior fresco, el aire exterior pasa a través de la filtración de nivel MERV 15 para fluir a través de los pisos, las velas frías enfrían el interior a través de principios de enfriamiento radiante y un tanque de almacenamiento térmico emplea un material de cambio de fase (PCM) para almacenar energía de enfriamiento contra necesidad futura [fuentes: Gendall ; Buen hombre ].

Por cierto, el valor de informe de eficiencia mínima, o MERV, es una calificación de efectividad del filtro de aire y se basa en el desempeño del peor de los casos. Entonces, un filtro MERV 15 como el que se describe aquí es 85-95 por ciento eficiente en la eliminación de partículas que miden 0.3-10 micrones: la escala de partículas de estornudo y bacterias individuales [fuentes: EPA ; Wilkinson ].

Nota del autor: 10 maravillas verdes de la ingeniería estructural

Hemos recorrido un largo camino desde lo que el arquitecto modernista Le Corbusier llamó "máquinas para vivir". ¿O debería decir círculo completo? Las viviendas humanas, como los iglús, los tipis y las chozas de bambú con techo de paja, han utilizado durante mucho tiempo materiales y patrones locales adecuados a los entornos locales: la esencia de la sostenibilidad.

Por supuesto, es posible que en unas pocas décadas el péndulo oscile hacia un enfoque más sencillo, momento en el cual estas estructuras podrían parecer ridículas a nuestros hijos, pero lo dudo. Después de todo, todavía apreciamos los intentos de la modernidad de mediados de siglo por elevarse mientras denigramos el brutalismo achaparrado que siguió. Además, probablemente estaremos demasiado ocupados construyendo diques y sudando la factura de la luz para darnos cuenta.

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