Com a intenção de maximizar os vãos disponíveis e diminuir custos de construção, pesquisadores do Departamento de Arquitetura da ETH de Zurique criaram uma laje de concreto que, com uma espessura de apenas 2cm, é estrutural e simultaneamente sustentável. Inspirado pela construção de abóbadas catalãs, este novo sistema de lajes substitui barras de aço reforçadas por nervuras verticais estreitas, reduzindo significativamente o peso da estrutura e garantindo a estabilidade para resistir às distribuições irregulares em sua superfície.

Ao contrário dos pisos de concreto tradicionais que são evidentemente planos, estas placas são projetadas para arquear e suportar cargas principais, reminiscente dos tetos abobadados encontrados em catedrais góticas. Sem a necessidade de reforços de aço e com menos concreto, a produção de CO2 é minimizada e os pisos de 2 cm resultantes são 70% mais leves do que suas contrapartes típicas de concreto.

via Block Research Group

Em termos de inspiração, baseamos nosso projeto em técnicas construtivas históricas que foram, desde então, esquecidas, explica Philippe Block, Professor Associado de Arquitetura e Estrutura e Diretor Adjunto do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) de Fabricação Digital .

Os pesquisadores exploraram diversas técnicas estruturais em todos os estilos arquitetônicos, finalmente estabelecendo-se sobre o uso de nervuras verticais, como comumente utilizadas na construção de abóbadas catalãs no final do século XIX. Este método foi introduzido pela primeira vez nos Estados Unidos pelo arquiteto espanhol Rafael Guastavino, e no caso das lajes de ETH, as nervuras ajudam a criar uma superfície plana e resistem aos carregamentos assimétricos.

via Block Research Group

Usando ferramentas digitais e softwares computacionais para determinar os arranjos ideais das nervuras, a distribuição viável das forças de carga levou a uma convergência de linhas finas em torno de um canto. Gravatas de aço conectam estes pontos enquanto absorvem forças horizontais, emulando assim os contrafortes que estabilizam as abóbadas das catedrais. De acordo com testes de carga, a combinação de concreto e nervuras pode suportar cargas de até 4,2 toneladas, superando amplamente as exigências ditadas pelo código de construção suíço.

Nossos princípios estruturais tornam possível o uso de materiais que antes eram inadequados para a construção, diz Block. Você apenas tem que colocá-los na forma certa para que eles criem uma estrutura estável.

via Block Research Group

Tendo desenvolvido esta laje leve, a equipe de investigação da ETH terá a oportunidade de implementá-la no Centro de Pesquisas NEST da Dübendorf, com a adição de uma cobertura de dois andares para o telhado existente. Composto por quatro unidades pré-fabricadas modulares de 5m x 5m a serem instaladas no local, o espaço oco entre as nervuras pode acomodar dutos de ventilação, aquecimento e resfriamento.

Até então, os custos de produção eram razoavelmente elevados, uma vez que os elementos tinham que ser moldados em moldes frente e verso perfeitos. No entanto, estes custos foram significativamente reduzidos através da impressão 3D dos vários elementos necessários e substituindo o concreto por areia e por um agente aglutinante, suportando confortavelmente 1,2 toneladas de carga.