10 maravilhas verdes da engenharia estrutural

Engenheiros civis constroem pontes .

Os engenheiros estruturais evitam que tudo se torça, amasse e se desfaça.

É um negócio complicado. Como diz uma citação muito comentada, "A engenharia estrutural é a arte de moldar materiais que não entendemos completamente em formas que não podemos analisar com precisão, de modo a resistir a forças que não podemos realmente avaliar, de tal forma que o público não suspeite a extensão de nossa ignorância" [fontes: AGCAS ; Merriam-Webster ; Schmidt ].

Esse know-how é vital para dominar os novos materiais da construção verde e as práticas de empurrar o envelope, seja usado em um arranha-céu, uma casa ou uma estrutura construída para aproveitar o vento, acompanhar as ondas ou orbitar no alto e monitorar o clima.

Seja tradicional ou por aí, as estruturas verdes nos excitam ao enfatizar objetivos específicos – como emissões zero – e realizá-los por meio de formas potencialmente belas e atraentes. Como as seleções nesta lista demonstram, a engenharia estrutural verde apresenta novas questões arquitetônicas e novos critérios para avaliar as respostas.

1. Edifício Eastgate (Harare, Zimbábue)
2. Millennium Dome (Londres, Reino Unido)
3. Ponte Jarrold (Norwich, Reino Unido)
4. Pavilhão do Japão para a Expo 2000 (Hannover, Alemanha)
5. Turbinas eólicas
6. Apartamentos Charles David Keeling (San Diego, Califórnia)
7. R128 House (Estugarda, Alemanha)
8. Satélites Ambientais Operacionais Geoestacionários
9. PowerBuoy Autônomo
10. Federal Center South (Seattle, Washington)

Os cupins não precisam estar entre os piores inimigos de um edifício – eles também podem inspirar uma notável reformulação de aquecimento, refrigeração e ar condicionado . Veja o Eastgate Building, que troca o ar-condicionado tradicional por um soprador de buggier: um sistema de ventilação que incorpora os truques de regulação do calor encontrados em enormes cupinzeiros em todo o sul da África. Esses montes cônicos, que podem atingir vários metros de altura, mantêm uma temperatura interna quase constante enquanto as condições externas oscilam de 42 a 3 C (108 a 37 F) [fontes: Biomimicry Institute ; Griggs ; Tuhus-Dubrow ; Turner ].

O arquiteto Mick Pearce e os engenheiros da Arup Associates idealizaram o projeto, que imita a disposição em constante mudança de um cupinzeiro de buracos que captam a brisa através de um sistema de ventiladores, aberturas e funis. O complexo de escritórios, que usa 10% da energia de outros prédios de tamanho similar, representa apenas uma criação da pequena, mas crescente, subindústria conhecida como arquitetura biomimética [fontes: Biomimicry Institute ; Tuhus-Dubrow ].

Uma vez considerado um constrangimento político e um desastre econômico, o Millennium Dome (mais tarde rebatizado de O2) se recuperou como um local de shows e esportes. Inchando-se da área de Docklands do leste de Londres como um enorme e brilhante ouriço-do-mar, abrange um espaço interno extenso e praticamente ininterrupto usando muito pouco material: cerca de 1-2 libras por pé quadrado (4,9-9,8 kg por metro quadrado), em comparação com os 30-40 libras (146,5-195,3 kg) típicos da maioria dos telhados [fontes: Bruto ; Lyall ; RSH+P ; Salomão ].

Os espinhos do ouriço mutante são na verdade 12 mastros de aço (um para cada mês), cada um com 100 metros de altura e juntos suportando um telhado de fibra de vidro revestido de Teflon acima de mais de 1.076.000 pés quadrados (100.000 metros quadrados) de recinto. O edifício mede cerca de 1.200 pés (365 metros simbólicos, um para cada dia do ano) e 0,62 milhas (um quilômetro completo) ao redor, e atinge uma altura máxima de 164 pés (50 metros) [fonte: RSH+P ] .

Se a cúpula representa um triunfo ambiental ou uma tragédia permanece controverso. Sua construção levou a um projeto maciço de limpeza de resíduos tóxicos e recuperação de área, e usou pouquíssimos materiais. Infelizmente, seu material de cobertura de politetrafluoretileno (PTFE, mais conhecido como Teflon) gera clorofluorcarbonos (CFCs) prejudiciais à camada de ozônio e CFCs hidrogenados quando produzidos. Ainda assim, supera o plano original de usar poliéster revestido com PVC ligado a dioxina [fontes: Higgs ; Melchett ; Willians ].

Projetada para ligar um empreendimento recém-construído ao centro histórico da cidade de Norwich, a Jarrold Bridge desafia as limitações do antigo e do novo, ao mesmo tempo em que parece desafiar a gravidade .

Como uma travessia para ciclistas e pedestres, a estrutura melhora o ambiente de várias maneiras: primeiro, empregando um projeto em balanço que minimiza a perturbação ambiental com graça e elegância, e segundo, reduzindo a necessidade de pontes de veículos. As pontes de veículos tendem a ocupar pegadas substanciais, tanto metaforicamente, em termos de materiais de construção usados ​​e poluição de escoamento criada, e literalmente, em relação ao espaço substancial ocupado por suas entradas e saídas terrestres e seus suportes ancorados na água [fontes: ISS ; Rambol ].

Um cantilever é simplesmente uma viga ancorada em apenas uma extremidade. Sem mais suportes necessários, a Jarrold Bridge praticamente levita acima da água abaixo, deixando o tráfego do rio Wensum e as vistas locais sem impedimentos. Aço resistente, madeira dura de origem sustentável e aço inoxidável sem acabamentos aplicados juntos criam uma ponte de longa duração que não libera escoamento tóxico e requer pouca manutenção. As luzes da ponte iluminam vagamente a passarela, não a água, protegendo os peixes e a vida selvagem locais do brilho intrusivo [fontes: RG Carter ; ISS ; Rambol ].

Uma estrutura suportada por papelão pode soar como um lugar realmente ruim para se ter um gato doméstico (quebre aqueles arranhadores extras), mas o arquiteto Shigeru Ban favorece o material como barato, fácil de trabalhar e prontamente disponível - uma fonte infinita de novos oportunidades de engenharia arquitetônica e estrutural. Essas qualidades combinam bem com os esforços humanitários de Ban, incluindo as moradias temporárias baratas que ele projetou para os campos de refugiados de Ruanda [fontes: Corkill ; Etherington ].

Para Ban, quaisquer qualidades verdes que suas estruturas possuam são acidentais; ele considera o movimento verde como outra moda passageira. Mas quando a Hannover Expo 2000 (uma feira mundial) lhe pediu para manter o tema ambiental, ele se mostrou à altura. Buscando minimizar os resíduos industriais, projetou o Pavilhão do Japão para reutilizar ou reciclar o máximo de material possível. Seu arco de túnel ondulante - uma grade de tubos de papel suavemente inclinados cobertos por uma membrana de papel e sustentados por cabos de tração - media 242 pés de comprimento, 82 pés de largura e 52 pés de altura (73,8 x 25 x 15,9 metros) e apresentava um arco de madeira para força em cada extremidade [fonte: Shigeru Ban ].

O vento tem aumentado bastante na última meia década. Na verdade, a partir de 2013, a energia eólica ultrapassou a concorrência para se tornar o recurso de energia renovável que mais cresce no mundo [fonte: LaGesse ]. Mas não vamos exagerar: para que o vento realmente atinja seu potencial energético, as turbinas devem se tornar melhores em captar o vento de qualquer direção e convertê-lo em energia. Mais do que isso, dispositivos devem ser desenvolvidos para armazenar essa energia de forma eficiente e distribuí-la uniformemente, para que a eletricidade esteja disponível sob quaisquer condições de vento.

Alguns exemplos de progresso revelam que esta indústria florescente pegou seu segundo fôlego. Inspirada nas barbatanas das baleias jubarte, a empresa WhalePower adicionou bordas recortadas que captam o ar às lâminas de suas turbinas, e tanto a Quiet Revolution quanto a Windspire Energy desenvolveram turbinas que podem capturar ventos de qualquer direção sem a necessidade de girar. A Honeywell e a WePOWER continuam a se conectar com turbinas cada vez mais eficientes, mesmo quando construtores preocupados com o meio ambiente começam a montá-las nas bordas do telhado para captar correntes ascendentes [fonte: Merolla ].

Enquanto isso, um grupo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts desenvolveu um novo sistema de armazenamento de energia de turbina usando uma bola de concreto oca e submersa: enquanto suas lâminas giram, parte da eletricidade gerada aciona uma bomba que leva a água do mar para fora do recipiente; quando os ventos param, a água flui de volta, girando uma turbina e gerando eletricidade [fonte: Harbison ].

O campus da Universidade da Califórnia em San Diego não é estranho à arquitetura atraente . Além de sua famosa Biblioteca Geisel, aninhada no topo de sua árvore de concreto, o campus de 50 anos abriga uma variedade de estilos modernistas.

Os apartamentos Charles David Keeling, com suas formas retilíneas e embaralhadas, ornamentação esparsa e construção de concreto e vidro, certamente se encaixam com seus vizinhos modernos. Mas eles também se baseiam nos aspectos mais verdes da estética moderna - amplo uso de vidro para maximizar a luz natural, ênfase no sol e sombra para aumentar o conforto, emprego de materiais em estados sem adornos - e os levam às suas conclusões lógicas e verdes.

As formas do edifício e os arranjos das janelas maximizam a ventilação natural, o que reduz o consumo de energia em 38%, enquanto um sistema de painéis, passarelas e vidro low-E (baixa emissividade térmica) reduz a radiação solar recebida. Os edifícios também incluem células solares e um sistema de conservação e reutilização de água que se estende desde o paisagismo até banheiros de baixo fluxo e reciclagem de águas residuais no local. A vegetação nos telhados resfria os apartamentos ao mesmo tempo em que direciona a água para bacias de retenção, reduzindo os níveis de poluentes no escoamento de águas pluviais [fonte: Goodman ].

Apropriadamente, o edifício recebeu o nome de um cientista americano que foi um dos primeiros a alertar o mundo sobre o efeito estufa.

Werner Sobek é um veterano em projetar o futuro. Ele também é um luminar de estrutura verde. Vamos olhar para sua casa R128 para a prova.

O problema de construir uma casa adequada às paredes íngremes do vale de Stuttgart sem sacrificar um pingo da vista deslumbrante é suficiente para desafiar qualquer arquiteto, mas Sobek também optou por fazer de sua casa R128 um estudo em sustentabilidade [fontes: Dwell ; Werner Sobek ].

A casa de encaixe e espiga 100% reciclável é totalmente modular e monta e desmonta mais facilmente do que a maioria dos móveis da Ikea . O R128 não produz emissões e fornece toda a energia necessária através de suas células solares. Possui paredes de vidro em todos os lados, compostas por painéis de vidro triplo isolantes de alta qualidade [fontes: Dwell ; Hart ; Werner Sobek ].

Não é o lar para a alma modesta, mas, novamente, essa é a ideia. Apenas certifique-se de trazer muito Windex.

A série de espaçonaves orbitais Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) tem desempenhado um papel vital no monitoramento do clima e do clima da Terra desde que a NASA lançou o primeiro da família em 16 de outubro de 1975 [fontes: NOAA OSO ].

O sistema entrou em alta velocidade com o lançamento de sua segunda geração, a série GOES IM, que levou os tempos de observação da Terra de 10 a 100 por cento. Lançado de 1994 a 2001 e desde que foi desativado, o GOES 9-12 desvendou os mistérios de nuvens e neblina, correntes oceânicas, tempestades e ventos e até derretimento da neve. Ele fez isso fundindo dados de sensores das bandas visuais e infravermelhas com informações de uma variedade global de estações de coleta de dados, balões e bóias. O sistema atual, GOES NP, contém versões melhoradas de instrumentos similares e alguns novos também [fontes: NOAA OSD ; NOAA OSO ].

Tradicionalmente, pelo menos dois satélites GOES operam ao mesmo tempo, um em cada costa da América do Norte. Atualmente, o GOES-13 é designado como GOES-East e o GOES-15 é rotulado como GOES-West. Além disso, o GOES 12 monitora a América do Sul. A próxima geração de naves, com lançamento previsto para 2015, adicionará novos dispositivos, incluindo um mapeador de raios e dois instrumentos solares para monitorar melhor a emissão de raios-X e radiação ultravioleta extrema [fontes: GOES-R Program Office ; NOAA OSO ; NOAA OSO ].

Educated guesses of recoverable oceanic wave energy can reach into the tens to hundreds of terawatts (trillions of watts) per year, but figuring out an environmentally friendly way to tap those tasty waves has historically left engineers feeling sunk. Lately, however, the field has experienced a sea change, thanks to folks like Ocean Power Technologies.

The Autonomous PowerBuoy's appeal derives from both its small footprint and its straightforward principle: A 5-foot (1.50-meter) tall buoy bobs on the waves, pulling on an anchoring spar linked to a rotary motor on the seafloor. The up-and-down wave motion cranks the motor, which generates electricity. If that sounds simple, it's not: To handle variances in pulling power caused by different-sized waves, the float needs an onboard computer to adjust the spar's resistance 10 times per second [sources: Fecht; OPT].

A number of PowerBuoys currently operate in the waters around Hawaii, each generating 0.04 megawatts of power, but buoys planned for Scottish waters might bump that number to as much as 0.15 megawatts. According to manufacturer Ocean Power Technologies, once set up in grids, the bobbing contraptions might scale up to hundreds of megawatts [sources: Fecht; OPT].

There's an old joke that the Army Corps of Engineers ' solution to any problem is simply to pour more concrete. Well, you wouldn't know it to view the agency's Northwest District headquarters, which not only places in the top 1 percent of energy-efficient office buildings nationwide, but is also light, airy and abundant with wood, glass and flowing spaces -- all on a reclaimed and remediated Superfund site [sources: Gendall; Goodman].

Designed by ZGF Architects and built by Sellen Construction, the building channels light from a central atrium and exterior windows into various meeting spaces, while low-slung cubical walls allow light to penetrate the cubicle bullpen as well. Window shading outside and inside controls heat load, as does the use of clerestory windows. Wooden sections were built in part using materials reclaimed from a nearby decommissioned warehouse. To keep the inside cool, exterior air passes through MERV 15-level filtration to flow through the floors, chilled sails cool the indoors via radiant cooling principles and a thermal storage tank employs a phase-change material (PCM) to pack away cooling energy against future need [sources: Gendall; Goodman].

By the way, minimum efficiency reporting value, or MERV, is an air filter effectiveness rating, and it's based on worst-case-scenario performance. So a MERV 15 filter like the one described here is 85-95 percent efficient at removing particles measuring 0.3-10 microns -- the scale of sneeze particles and individual bacteria [sources: EPA; Wilkinson].

Author's Note: 10 Green Structural Engineering Marvels

We've come a long way from what modernist architect Le Corbusier called "machines for living in." Or should I say full circle? Human dwellings such as igloos, teepees and thatch-roofed bamboo huts have long used local materials and patterns suited to local environments -- the essence of sustainability.

Claro, é possível que em algumas décadas o pêndulo volte para uma abordagem mais simples, quando essas estruturas podem parecer ridículas para nossos filhos, mas eu duvido. Afinal, ainda apreciamos as tentativas modernas de meados do século de subir ao mesmo tempo que insultam o brutalismo atarracado que se seguiu. Além disso, provavelmente estaremos ocupados demais construindo diques e suando na conta de luz para perceber.

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