Η τεχνολογία που αλλάζει τη δόμηση και μειώνει τις εκπομπές άνθρακα

Σύνοψη

• Ερευνητές του TU Graz και η εταιρεία Wienerberger ανέπτυξαν προκατασκευασμένους τοίχους από τούβλα που αποσυναρμολογούνται πλήρως και επαναχρησιμοποιούνται.
• Η τεχνολογία καταργεί το παραδοσιακό κονίαμα, κάνοντας χρήση αναστρέψιμων αρμών και προεντεταμένων ράβδων στήριξης.
• Τα τούβλα έχουν πάχος 44 εκατοστά, φέρουν ενσωματωμένη μόνωση και παραδίδονται στο εργοτάξιο ήδη σοβατισμένα.
• Η εφαρμογή της μεθόδου εγγυάται τη μείωση των εκπομπών CO₂ κατά 60% σε βάθος τριών κύκλων ζωής του κτιρίου.
• Η δομική ακεραιότητα των τοίχων ελέγχεται μη καταστροφικά, μέσω τεχνικών «τροπικής ανάλυσης» (modal analysis) και μετρήσεων δονήσεων.

Η διαχείριση των απορριμμάτων από τις κατεδαφίσεις κτιρίων αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές προκλήσεις της σύγχρονης βαριάς βιομηχανίας. Στην Ευρώπη, τα απόβλητα από κατασκευές και κατεδαφίσεις αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 33% του συνολικού όγκου απορριμμάτων. Ειδικά στα εμπορικά κτίρια (όπως τα μεγάλα supermarkets ή οι αποθήκες) που συχνά έχουν σύντομο κύκλο ζωής 10 έως 20 ετών, το αποτύπωμα άνθρακα από την παραγωγή υλικών, το χτίσιμο και την τελική κατεδάφιση είναι εξαιρετικά επιβαρυμένο. 

Η απάντηση στο συγκεκριμένο τεχνικό αδιέξοδο έρχεται μέσα από το ερευνητικό πρόγραμμα «Re-Use Ziegelwand» του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Γκρατς (TU Graz), το οποίο αναπτύχθηκε σε στενή συνεργασία με την αυστριακή εταιρεία παραγωγής δομικών υλικών Wienerberger. Το κεντρικό τους επίτευγμα είναι η πλήρης αποσύνδεση του κύκλου ζωής των δομικών υλικών από τον χρόνο ζωής του ίδιου του κτιρίου.

Πώς λειτουργούν τα επαναχρησιμοποιούμενα τούβλα χωρίς συμβατικό κονίαμα;

Τα προκατασκευασμένα στοιχεία τοιχοποιίας από τούβλα πάχους 44 εκατοστών, με ενσωματωμένο μονωτικό μαλλί, χρησιμοποιούν αναστρέψιμους αρμούς αντί για μόνιμο κονίαμα. Η σταθερότητα εξασφαλίζεται είτε μέσω του βάρους της οροφής, είτε με κάθετες, προεντεταμένες ράβδους (ντίζες) που διαπερνούν τα τούβλα, επιτρέποντας την πλήρη αποσυναρμολόγηση και μεταφορά τους.

Η αντικατάσταση του μόνιμου τσιμεντοκονιάματος αποτελεί τον δομικό πυρήνα αυτής της καινοτομίας. Παραδοσιακά, το κονίαμα προσφέρει τη χημική και μηχανική συνοχή που απαιτείται για τη στατική ασφάλεια του κτιρίου, αλλά ταυτόχρονα καθιστά αδύνατη την αποκόλληση των τούβλων στο τέλος του κύκλου ζωής χωρίς την καταστροφή τους. Οι μηχανικοί του TU Graz, υπό την καθοδήγηση του Hans Hafellner από το Ινστιτούτο Φυσικής Κτιρίων και Κατασκευών, ανέπτυξαν βιομηχανικά προκατασκευασμένα πάνελ τοιχοποιίας που έρχονται στο εργοτάξιο έτοιμα και ήδη σοβατισμένα.

Η στατική επάρκεια των συγκεκριμένων τοίχων, από τη στιγμή που απουσιάζει η συνδετική ύλη, εξασφαλίζεται μέσω δύο αυστηρά υπολογισμένων μηχανικών μεθόδων. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται στο στατικό φορτίο της οροφής του κτιρίου, το οποίο ασκεί κάθετη πίεση στα στοιχεία τοιχοποιίας, «κλειδώνοντας» τα στη θέση τους. Η δεύτερη και πιο προηγμένη μέθοδος χρησιμοποιεί ενσωματωμένες, κάθετες ράβδους με σπείρωμα. Οι ράβδοι αυτές περνούν μέσα από τις ειδικές οπές των τούβλων και δέχονται προένταση. Η λογική προσομοιάζει τον τρόπο λειτουργίας των τενόντων στο προεντεταμένο σκυρόδεμα, συγκρατώντας τον τοίχο άκαμπτο απέναντι σε πλευρικές φορτίσεις και ικανοποιώντας παράλληλα τα απαιτούμενα όρια στατικών ανοχών.

Μείωση εκπομπών CO₂ και τεχνολογία ελέγχου «Modal Analysis»

Τα τούβλα κατασκευάζονται από αργιλικά υλικά υψηλής ποιότητας, ωστόσο η βιομηχανική διαδικασία παραγωγής τους, που απαιτεί έψηση σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, είναι άκρως ενεργοβόρα, γι’ αυτό η επιτυχής αποσυναρμολόγηση και μεταφορά τους σε νέα εργοτάξια για επαναχρησιμοποίηση ακυρώνει την ανάγκη παραγωγής νέων υλικών. Τα δεδομένα της μελέτης αποδεικνύουν ότι, μετρώντας τις αποδόσεις σε βάθος τριών διαδοχικών κύκλων ζωής, η μέθοδος του TU Graz επιτυγχάνει καθαρή μείωση των εκπομπών CO₂ κατά 60% έναντι των παραδοσιακών μεθόδων.

Για την επιβεβαίωση των εργαστηριακών υπολογισμών σε πραγματική κλίμακα, η ομάδα ερευνητών προχώρησε στην κατασκευή ενός πλήρους κτιρίου-επίδειξης. Το οίκημα συναρμολογήθηκε, αποσυναρμολογήθηκε μέχρι το τελευταίο τούβλο και επανακατασκευάστηκε σε διαφορετική τοποθεσία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι αναστρέψιμοι αρμοί δεν εμφάνισαν κόπωση και η δομή διατήρησε το 100% της λειτουργικότητας της.

Το επόμενο μεγάλο μηχανικό πρόβλημα ήταν ο ποιοτικός έλεγχος. Πώς μπορεί ένας πολιτικός μηχανικός να εγγυηθεί την αντοχή ενός τοίχου έπειτα από 20 χρόνια σκληρής χρήσης στο περιβάλλον, πριν εγκρίνει την αποσυναρμολόγηση και επανατοποθέτηση του; Η λύση δόθηκε σε συνεργασία με τον καθηγητή Andreas Trummer από το Ινστιτούτο Δομοστατικού Σχεδιασμού μέσω της εφαρμογής της «τροπικής ανάλυσης» (modal analysis). Στην ουσία, χρησιμοποιούνται μηχανισμοί δονήσεων που διαπερνούν τον τοίχο, καταγράφοντας την ιδιοσυχνότητά του στην αρχική, απολύτως υγιή του κατάσταση. Εάν, μετά από μια δεκαετία, οι αισθητήρες καταγράψουν απόκλιση στη φυσική συχνότητα συντονισμού του υλικού, αυτό υποδεικνύει ότι η ικανότητα φέρουσας αντοχής έχει μειωθεί (π.χ. λόγω μικρορωγμών ή χαλάρωσης των ράβδων προέντασης). Η μέθοδος είναι μη καταστροφική, αποτρέποντας την ανάγκη διάτρησης με καροτιέρες που θα αχρήστευαν το υλικό.