Com o aumento da atenção do sector da construção para projectos com emissões de carbono reduzidas, os projectos híbridos que combinam madeira com aço ou outros materiais são cada vez mais procurados como soluções. Na Buro Happold, estamos a tomar nota e a apoiar esta...
A madeira oferece versatilidade e um excelente desempenho sísmico; o aço proporciona resistência e ligações. A combinação de ambos os materiais para o seu projeto é frequentemente a forma mais eficiente de obter resultados óptimos.
Adaptabilidade
As concepções híbridas proporcionam frequentemente níveis de desempenho mais elevados do que a madeira isolada; no entanto, o seu sucesso depende muitas vezes de vários factores, incluindo a forma como os componentes estão ligados e se foram ou não adequadamente testados. Devido à complexidade e ao consumo de tempo envolvidos em processos de conceção como este, os projectistas devem dedicar o tempo necessário para desenvolver um sistema de ligação eficiente e testar as cargas que irão enfrentar durante as aplicações no mundo real.
À medida que os proprietários de edifícios se concentram mais na redução das suas pegadas de carbono incorporadas, os profissionais de engenharia estrutural têm procurado projectos eficientes com menor utilização de energia incorporada como um objetivo importante do projeto estrutural. Um método para atingir este objetivo é a combinação de painéis de pavimento de madeira laminada cruzada (CLT) com estruturas de aço. Para ajudar a atingir este objetivo de forma mais eficaz, este estudo avaliou quais as secções transversais de pavimentos híbridos CLT-aço que proporcionavam uma eficiência óptima quando avaliadas em função de múltiplos critérios de decisão para a redução das emissões de gases com efeito de estufa na fase de produção.
Para que isto funcione eficazmente, a capacidade de carga dos componentes híbridos deve ser maximizada. Como tal, foram testados vários métodos para aumentar a ligação entre a madeira e o aço. Os adesivos provaram ser um método ideal para unir estes materiais quando comparados com fixadores do tipo cavilha e fixadores de placa metálica perfurada (PMPF), com espécimes de pequena escala utilizados para avaliar a resistência da ligação entre materiais; as ligações adesivas provaram ser superiores até 82% em comparação com os fixadores do tipo cavilha e os fixadores PMPF, resultando numa capacidade de carga máxima de 82% de capacidade de corte do componente híbrido!
À medida que a procura de madeira e de projectos híbridos aumenta, os proprietários de edifícios, as equipas de projeto e as autoridades com jurisdição estão a adaptar-se rapidamente. Este webinar pré-gravado irá explorar projectos inovadores em que os sistemas híbridos de madeira/aço maximizam as vantagens de cada material; também serão discutidos alguns desafios associados à inclusão de elementos híbridos em edifícios altos de madeira, bem como soluções.
Eficiência energética
A utilização de projectos híbridos que combinam a madeira com o aço ou outros materiais resulta em edifícios mais eficientes do ponto de vista energético. Esta abordagem combina a eficiência estrutural com o calor e a flexibilidade proporcionados pela madeira, bem como uma maior resistência contra riscos sísmicos ou eólicos. A construção híbrida também ajuda a reduzir o carbono incorporado nos edifícios.
Uma abordagem de conceção híbrida envolve a combinação de madeira laminada colada com nervuras de aço para formar uma estrutura de treliça híbrida. O aço proporciona a rigidez e a resistência necessárias para suportar elementos de madeira delgados. Um sistema híbrido oferece uma solução económica que é simultaneamente simples e versátil na aplicação. A madeira pode nem sempre ter um desempenho ótimo com o aço, pelo que o projeto deve ter isso em conta no planeamento. Por exemplo, é fundamental que os elementos de madeira sejam colocados perto da corda superior (em compressão) enquanto o aço permanece na corda inferior (tensão). Para além disso, as ligações devem ser concebidas de modo a evitar a ocorrência de intervalos de dilatação térmica entre os componentes. É também de importância vital trabalhar com fabricantes que compreendam os processos de fabrico da madeira e do aço, uma vez que os seus pormenores de ligação diferem significativamente das normas AESS.
A madeira artificial é utilizada há muito tempo na indústria da construção, mas só recentemente ganhou força como material de eleição para a construção de estruturas de grande escala. Esta tendência pode ser atribuída às suas vantagens em relação ao betão e ao aço: entre estas vantagens está a sua versatilidade na criação de formas complexas sem aumentar significativamente os custos. A madeira artificial permite que os arquitectos alcancem a sua visão e, ao mesmo tempo, poupem nos custos.
A madeira oferece muitas vantagens: armazenamento de carbono e estatuto de recurso renovável; as suas qualidades estéticas excedem o aço e o betão; no entanto, a madeira carece de alguma da rigidez e resistência de que os edifícios altos necessitam - por isso, os engenheiros combinam frequentemente a madeira com outros materiais que oferecem mais rigidez ou capacidade de carga do que os seus próprios materiais podem oferecer.
A abordagem mais comum para a ligação da madeira ao aço é a utilização de colas. Foram testados diferentes métodos, incluindo fixadores do tipo cavilha e fixadores de placas metálicas perfuradas (PMPF). Um estudo recente concluiu que as ligações adesivas proporcionam um desempenho superior nas secções híbridas de madeira-aço em comparação com as cavilhas (a resistência à tração é até 9 vezes superior) e as PMPF (5,55 vezes mais capacidade de corte do que as cavilhas). Além disso, os edifícios híbridos de aço e madeira podem reduzir o carbono incorporado na superestrutura até 5-35% em comparação com os edifícios de aço e betão
Flexibilidade
Os projectos híbridos proporcionam uma maior flexibilidade do que os projectos com um único material, tirando partido das caraterísticas benéficas da madeira quando necessário e utilizando outros materiais quando necessário. Os pavimentos CLT (madeira laminada cruzada) podem reduzir as emissões de carbono, enquanto as treliças de aço podem melhorar o desempenho sísmico; a utilização de vários materiais em simultâneo permite que os projectos híbridos equilibrem a sustentabilidade com a resistência - algo que os projectos com preocupações ecológicas devem ter em consideração.
A construção híbrida é um domínio da engenharia estrutural em rápido desenvolvimento, e estão constantemente a ser criadas novas soluções técnicas para satisfazer as exigências do mercado. A Peikko lançou recentemente uma gama normalizada de elementos de ligação madeira-aço concebidos para simplificar a conceção de estruturas híbridas, tornando a criação de estruturas híbridas fiáveis muito mais simples para os engenheiros.
No entanto, muitos especialistas reconhecem que existem desafios associados a uma maior adoção de estruturas híbridas, particularmente na Austrália, onde os edifícios altos de madeira-aço não têm tido uma aceitação generalizada. Para combater estas dificuldades, os investigadores estão a realizar várias experiências destinadas a explorar o potencial da Austrália para a construção híbrida madeira-aço.
Uma dessas experiências consiste em testar o desempenho de vigas híbridas de aço e madeira. Estas vigas são constituídas por lamelas de madeira de pinheiro radiata e de abeto de Douglas que foram coladas a secções de aço encastradas. Estes estudos avaliam a sua resistência à flexão, a sua capacidade de carga e os impactos dos tipos de cola, o tamanho/localização/tipo, etc., para desenvolver concepções estruturais mais eficientes para edifícios híbridos aço-madeira na Austrália.
Esta investigação poderá ter um efeito extremamente transformador na forma como os edifícios altos são projectados na Austrália. O objetivo é reduzir o seu potencial de aquecimento global (GWP), diminuindo a utilização de betão.
A indústria estrutural está a assistir a uma mudança internacional para técnicas de construção híbridas de aço e madeira para edifícios altos, impulsionada por vários factores, incluindo a geografia dominante, a função do edifício, considerações de altura e outras variáveis.
Sustentabilidade
À medida que as práticas de construção evoluem para abordagens mais ecológicas, a madeira surgiu como um material de construção desejável com benefícios ambientais e arquitectónicos. Infelizmente, a sua resistência e durabilidade limitam a utilização da madeira em determinados projectos; para maximizar a sua utilização nesses casos, muitas equipas de design estão a voltar-se para estruturas híbridas que combinam as vantagens da madeira maciça com a resistência do aço ou do betão para produzir a estrutura híbrida perfeita.
Os projectos híbridos também podem oferecer vantagens significativas em termos de sustentabilidade. A utilização conjunta de vários materiais pode reduzir as emissões globais de carbono incorporadas e melhorar a eficiência energética, oferecendo simultaneamente flexibilidade, adaptabilidade e poupança de custos. A combinação de madeira com materiais de construção em betão pode reduzir os custos de construção e acelerar o processo de construção; no entanto, é essencial que sejam selecionadas combinações adequadas de materiais para proteger a integridade estrutural dos edifícios.
Os edifícios híbridos proporcionam mais do que poupanças de carbono; podem também oferecer uma maior resistência sísmica em comparação com as estruturas tradicionais de aço e betão. Um estudo recente analisou seis estudos de caso pioneiros de projectos híbridos que combinam estruturas de aço e construção de treliças de madeira para fins de resistência a sismos. Os resultados demonstram que as estruturas híbridas oferecem alternativas mais ecológicas, cumprindo simultaneamente todos os requisitos sísmicos do Código AEC.
A construção em madeira remonta a milénios; o seu recente ressurgimento é impulsionado por uma maior atenção às práticas sustentáveis e à redução das emissões de carbono incorporadas. Atualmente, cada vez mais empresas de construção estão a optar pela madeira como parte de um plano para combater as alterações climáticas e criar ambientes mais saudáveis.
A Microsoft e a Gensler, em colaboração com a Thornton Tomasetti, realizaram recentemente uma investigação que demonstrou como a utilização de madeira sustentável pode reduzir significativamente a pegada de carbono de um centro de dados em comparação com a construção convencional em aço e 65% em comparação com a construção em betão pré-fabricado. Quando associada a soluções de engenharia inovadoras e a um planeamento cuidadoso da equipa, a construção híbrida é uma opção atractiva para os construtores que procuram minimizar o impacto ambiental do seu projeto.
A madeira é um material ideal para edifícios de elevado desempenho, mas os seus pontos fortes e fracos devem ser cuidadosamente considerados durante o projeto. Os engenheiros precisam de compreender os seus pontos fortes (rigidez, durabilidade), pontos fracos (permeabilidade) e impactos ambientais antes de avançar com a sua utilização. A construção híbrida tornou-se uma solução cada vez mais popular que reúne várias vantagens de diferentes materiais para produzir estruturas únicas com um atrativo visual e uma funcionalidade duradouros.
