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Pesquisa do MIT pode ajudar construtores a reduzir a pegada de carbono de estruturas de treliça

por Taina Bueno

Estruturas de treliça são aquelas matrizes cruzadas de suportes diagonais usados ​​em toda a construção moderna, em tudo, desde torres de antenas a vigas de suporte para grandes edifícios – são normalmente feitas de aço ou madeira ou uma combinação de ambos.

Embora sejam muito utilizadas, pouca pesquisa quantitativa foi feita sobre como escolher os materiais certos para minimizar a contribuição dessas estruturas para o aquecimento global.

O “carbono incorporado” em um material de construção inclui o combustível usado na produção do material (para mineração e fundição de aço, por exemplo, ou para corte e processamento de árvores) e no transporte dos materiais para um local, além de incluir também o equipamento utilizado para a própria construção.

No artigo, publicado na revista Engineering Structures, os engenheiros descrevem um conjunto de ferramentas computacionais para permitir que arquitetos e engenheiros projetem estruturas de treliça de uma forma que possam minimizar seu carbono incorporado, mantendo todas as propriedades necessárias para uma determinada aplicação de construção.

Embora, em geral, a madeira produza uma pegada de carbono muito menor, o uso do aço em locais onde suas propriedades podem fornecer o máximo benefício pode fornecer um resultado otimizado, dizem eles.

As duas principais opções para reduzir as emissões de carbono associadas às estruturas de treliça, são substituir materiais ou alterar a estrutura. No entanto, tem havido “surpreendentemente pouco trabalho” em ferramentas para ajudar os designers a descobrir estratégias de minimização de emissões para uma determinada situação, explica Josephine Carstensen, professora assistente de engenharia civil e ambiental do MIT.

O novo sistema faz uso de uma técnica chamada otimização topológica, que permite a entrada de parâmetros básicos, como a quantidade de carga a ser suportada e as dimensões da estrutura, podendo ser utilizada para produzir projetos otimizados para diferentes características, tais como como peso, custo ou, neste caso, impacto no aquecimento global.

A madeira tem um desempenho muito bom sob forças de compressão, mas não tão bem quanto o aço quando se trata de tensão – isto é, uma tendência a separar a estrutura. Carstensen diz que, em geral, a madeira é muito melhor do que o aço em termos de carbono embutido, então “especialmente se você tem uma estrutura que não tem qualquer tensão, então você definitivamente deve usar apenas madeira” para minimizar as emissões. Uma desvantagem é que “o peso da estrutura será maior do que seria com o aço”, diz ela.

Projetos obtidos pela equipe com limites de tensão de material realistas (aço e madeira): modificando manualmente os membros compressivos de (b) e (e) para madeira são mostrados em (c) e (f), diminuindo a pegada de carbono ao final da treliça. Fonte: Ching & Carstensen, 2021.

Como exercício, a equipe desenvolveu uma proposta de reengenharia de várias treliças usando essas ferramentas de otimização e demonstrou que uma economia significativa nas emissões de gases de efeito estufa incorporadas poderia ser alcançada sem perda de desempenho.

Embora eles tenham mostrado que melhorias de pelo menos 10 por cento podem ser alcançadas, ela diz que essas estimativas “não são exatamente iguais” e a economia provável poderia ser duas a três vezes isso.

Fontes:

Timber or steel? Study helps builders reduce carbon footprint of truss structures. MIT News. Novembro, 2021.

Ernest Ching & Josephine V. Carstensen. Truss topology optimization of timber–steel structures for reduced embodied carbon design. Engineering Structures. Novembro, 2021.

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