De la standardele europene armonizate la aplicarea Eurocodului 9
In ultimii ani, mai multe domenii de cercetare au explorat noi perspective privind proiectarea ecologica sau chiar durabila a cladirilor. De reamintit faptul ca sustenabilitatea in constructia de cladiri este menita sa promoveze eficienta, sa reduca costurile si sa asigure un impact pozitiv asupra mediului. Dupa cum bine se stie, industria constructiilor are un impact semnificativ asupra mediului natural prin utilizarea materialelor specifice. Conform unor date recente, un procent de aproximativ 70% din consumul de materii prime depaseste ceea ce planeta poate regenera in mod natural. In plus, tipul de sisteme structurale utilizate in domeniu are un rol esential in dezvoltarea designului durabil, deoarece strategiile de constructie si principiile de design sustenabil sunt strans legate de acestea. Intr-adevar, se poate afirma, fara teama de a gresi, ca structura si forma unei cladiri determina utilizarea terenurilor si a materialelor, consumul de energie, emisiile de gaze cu efect de sera, costurile de intretinere, gestionarea riscurilor si reciclarea. Prin urmare, atingerea in perioada care urmeaza a tintelor de sustenabilitate impune ca toate sectoarele industriale majore la nivel mondial sa se concentreze pe intelegerea si reducerea semnificativa a amprentei lor de mediu. Evaluarea ciclului de viata (LCA) este o metodologie care investigheaza si stabileste limitele sistemului privind toate procesele industriale, de la aprovizionarea cu materii prime, transport, instalare, utilizare si intretinere, reparare sau inlocuire, pana la etapa de demontare sau demolare, transportul deseurilor, eliminare, reutilizare si reciclare. LCA a fost impartit de unii experti in patru categorii, foarte utile pentru evaluarea impactului asupra mediului al sistemelor de cladiri pe durata lor exploatare. Este vorba despre efectele initiale, care includ constructia si fabricarea materiilor prime, consumul de energie pe durata utilizarii, consecintele renovarii, respectiv efectele de la sfarsitul ciclului sau repercusiunile asupra mediului. LCA trebuie sa ia in considerare o serie de aspecte esentiale, inclusiv consumul de energie, utilizarea resurselor si productia de gaze ecologice si poluare. Impacturile initiale sunt influentate, in principal, de tipul constructiei. Comitetul tehnic european CEN/TC 350, care se ocupa de sustenabilitatea lucrarilor de constructii, este, prin natura sa, o expresie a eforturilor de cercetare ale industriei si ale institutiilor academice, oferind recomandari standard pentru utilizarea optima a proceselor. Organismul comunitar are meritul de a fi propus declaratia de mediu a produsului (EPD), pentru a asigura conformitatea materialelor si coerenta deplina a procesului industrial de obtinere a acestora, in linie cu prevederile standardului european EN 15804. Documentul acopera exclusiv aprovizionarea, transportul si fabricarea materialelor, in timp ce etapele ulterioare, cum ar fi utilizarea in cladiri, intretinerea, repararea, prelucrarea si eliminarea deseurilor sunt reglementate, la momentul actual, prin standardul EN 15978 - Durabilitatea lucrarilor de constructii - Evaluarea performantei de mediu a cladirilor - Metode de calcul. Cele doua norme europene armonizare, precum si intregul set de ghiduri relevante, sunt in prezent obligatorii pentru evaluarea corecta a utilizarii ecologice si durabile a materialelor. Cu toate acestea, atunci cand se face referire la fatadele si componentele de placare din aluminiu, care trebuie, de asemenea, sa fie proiectate in scopuri de siguranta si protectie, este evidenta o lipsa de informatii in ceea ce priveste metodologia de proiectare structurala. De regula, in aceste cazuri se face trimitere la Eurocodul 9 (EN 1999-1-1), care cuprinde un set exhaustiv de recomandari tehnice ce variaza de la proprietatile materialelor de proiectare la clasificarea sectiunilor de rezistenta si a cerintelor de stabilitate. Standardul in cauza, in vigoare din anul 2007, le ofera inginerilor posibilitatea de a utiliza in mod complet diferite criterii pentru modelarea raspunsului la solicitare si deformare al structurilor.
Optimizarea designului sistemelor din aluminiu, prin metode inovatoare de proiectare
Grupul interguvernamental de experti privind schimbarile climatice (IPCC) a afirmat ca una dintre caile disponibile pentru limitarea incalzirii globale la 1,5 °C peste cotele preindustriale este ca emisiile globale de carbon sa scada la 45% fata de nivelurile din 2010 pana in 2030 si sa continue o diminuare accentuata, pana la zero emisii nete, pana in 2050. Un sector care abordeaza acest proces de reducere este constructia si exploatarea cladirilor, care reprezenta, in 2017, circa 36% din consumul final global de energie si 39% din emisiile de dioxid de carbon legate de energie. Cea mai mare parte a literaturii existente se refera la evaluarea sustenabilitatii cladirilor ca intreg, iar cercetarea privind performanta de sustenabilitate a componentelor individuale ale cladirilor (de exemplu, grinzi, coloane, pereti, fatade) este insuficienta. Fatadele cladirilor si structurile aferente acestora pot influenta in mod semnificativ comportamentul intregii cladiri, deoarece sunt unele dintre cele mai importante componente ale acesteia.
Strategiile pentru proiectarea ingineriei structurale care reduce emisiile cu efect de sera includ selectarea materialelor, reutilizarea structurii, optimizarea eficientei materialelor, efectele masei termice si adaptarea viitoare. Expertii au cazut de acord asupra faptului ca aluminiul are calitati exceptionale pentru proiectarea durabila, dintre acestea remarcandu-se greutatea redusa si cerintele reduse de intretinere, rezistenta puternica la coroziune si capacitatea de a fi reciclat. Daca sunt proiectate si executate in mod corespunzator, structurile din aluminiu au capacitatea ca, pe termen lung, sa depaseasca otelul atat din punct de vedere economic, cat si ecologic. Este posibila, in opinia majoritatii specialistilor, o reducere a efectelor negative ale materialelor masive utilizate in proiectarea cladirilor prin identificarea unor solutii tehnice curajoase, cum ar fi, de exemplu, luarea in considerare a sistemelor structurale care pot fi dezasamblate, optimizarea designului profilelor de constructie sau utilizarea diferitelor materiale structurale cu grad ridicat de reciclare. Obiectivul principal al optimizarii este acela de a identifica solutia cea mai fezabila care abordeaza cel mai bine problema in cauza. Prin utilizarea tehnicilor de optimizare, provocarile stiintifice si ingineresti complexe pot fi abordate in mod eficient, permitand descoperirea de solutii inovatoare si durabile.
Proprietatile mecanice post-elastice ale aluminiului ofera avantaje nete
Este important de subliniat faptul ca cerintele de stabilitate pentru sectiunile structurale nu ar trebui aplicate fara discernamant in cazul elementelor de fatada, cum ar fi consolele din aluminiu, avand in vedere faptul ca aceste componente au o remarcabila capacitate de stabilitate inerenta. Caracteristica respectiva permite un comportament post-elastic pronuntat, care ofera o capacitate de rezistenta semnificativ mai mare decat este posibil folosind ipoteze liniare. Acest lucru duce la avantaje precum volume reduse de console, componente usoare si o productie rentabila. Eforturile cercetatorilor vizeaza, in continuare, proiectarea ecologica si cresterea gradului de acuratete al LCA. Expertii au demonstrat deja faptul ca proprietatile mecanice post-elastice ale aliajelor de aluminiu ofera avantaje remarcabile in proiectare, iar studii de caz recente au aratat ca, prin utilizarea unei formule prezentate in anexa E a Eurocodului 9, se poate imbunatati semnificativ rezistenta la sarcina finala a consolelor din aluminiu si a altor componente comune utilizate in domeniul fatadelor si al ingineriei cladirilor. Metodele actuale de analiza standard, utilizate pe scara larga in industrie pentru astfel de componente, nu incorporeaza pe deplin unul dintre aspectele fundamentale ale filosofiei starii-limita ultime - si anume utilizarea resurselor post-elastice. Prin stabilirea conventionala a deformatiei limita in intervalul 0,02-0,08, de exemplu (valoare permisa de Eurocodul 9), se pot obtine beneficii majore, cum ar fi imbunatatirea semnificativa a capacitatii de incarcare limita de proiectare a componentelor si optimizarea volumului si a greutatii componentelor, care influenteaza in mod direct factorii de durabilitate si de evaluarea ciclului de viata. Specialistii recomanda, totusi, ca analiza numerica post-elastica sa fie realizata in timpul proiectarii si validarii componentelor fatadelor din aluminiu, pentru a obtine economii de greutate, asigurandu-se totodata ca sunt indeplinite cerintele de deplasare si stabilitate ale ansamblului. Este de asteptat ca cercetarile in curs de desfasurare sa avanseze catre o aplicare mai larga a raspunsului progresiv de intarire elastica la alte suporturi si componente, insa va fi necesar sa se efectueze teste de laborator specifice pentru a valida si calibra cu precizie rezultatele obtinute. Trebuie mentionat faptul ca, in paralel cu aplicarea tehnicilor avansate de analiza numerica neliniara pentru a obtine reducerea greutatii componentelor, se impune efectuarea inclusiv a unor studii adecvate pentru a corela aceste economii cu factorii de masurare LCA.