Os tijolos interligados, que podem ser reutilizados muitas vezes, podem suportar pressões semelhantes às de seus equivalentes de concreto.
E se materiais de construção pudessem ser montados e desmontados tão facilmente quanto blocos de LEGO? Essa alvenaria reconfigurável seria desmontada no fim da vida útil de um edifício e remontada em uma nova estrutura, em um ciclo sustentável que poderia fornecer gerações de edifícios usando os mesmos blocos de construção físicos.
Essa é a ideia por trás da construção circular, que visa reutilizar e reaproveitar os materiais de uma construção sempre que possível, para minimizar a fabricação de novos materiais e reduzir o “carbono incorporado” da indústria da construção, que se refere às emissões de gases de efeito estufa associadas a todos os processos da construção de uma construção, da fabricação à demolição.
Agora, engenheiros do MIT, motivados pelo potencial ecológico da construção circular, estão desenvolvendo um novo tipo de alvenaria reconfigurável feita de vidro reciclado impresso em 3D. Usando uma tecnologia de impressão de vidro 3D personalizada fornecida pela Evenline, spinoff do MIT, a equipe fez tijolos de vidro fortes e multicamadas, cada um no formato de um oito, que são projetados para se interligarem, muito parecidos com tijolos de LEGO.
Em testes mecânicos, um único tijolo de vidro resistiu a pressões semelhantes às de um bloco de concreto. Como demonstração estrutural, os pesquisadores construíram uma parede de tijolos de vidro interligados. Eles imaginam que a alvenaria de vidro imprimível em 3D poderia ser reutilizada muitas vezes como tijolos recicláveis para fachadas de edifícios e paredes internas.
“O vidro é um material altamente reciclável”, diz Kaitlyn Becker, professora assistente de engenharia mecânica no MIT. “Estamos pegando vidro e transformando-o em alvenaria que, no fim da vida útil de uma estrutura, pode ser desmontada e remontada em uma nova estrutura, ou pode ser presa de volta na impressora e transformada em um formato completamente diferente. Tudo isso se baseia em nossa ideia de um material de construção sustentável e circular.”
“O vidro como material estrutural meio que quebra um pouco o cérebro das pessoas”, diz Michael Stern, um ex-aluno de pós-graduação do MIT e pesquisador no Media Lab e no Lincoln Laboratory do MIT, que também é fundador e diretor da Evenline. “Estamos mostrando que esta é uma oportunidade de expandir os limites do que foi feito na arquitetura.”
Becker e Stern, com seus colegas, detalham seu projeto de tijolos de vidro em um estudo publicado hoje na revista Estruturas de Vidro e Engenharia . Os coautores do MIT incluem o autor principal Daniel Massimino e Charlotte Folinus, juntamente com Ethan Townsend da Evenline.
Passo de bloqueio
A inspiração para o novo design de alvenaria circular surgiu em parte no Laboratório de Vidro do MIT, onde Becker e Stern, então estudantes de graduação, aprenderam pela primeira vez a arte e a ciência de soprar vidro.
“Achei o material fascinante”, diz Stern, que mais tarde projetou uma impressora 3D capaz de imprimir vidro reciclado derretido – um projeto que ele assumiu enquanto estudava no departamento de engenharia mecânica. “Comecei a pensar em como a impressão em vidro pode encontrar seu lugar e fazer coisas interessantes, sendo a construção uma rota possível.”
Enquanto isso, Becker, que aceitou um cargo de professor no MIT, começou a explorar a intersecção entre fabricação e design, e maneiras de desenvolver novos processos que possibilitem designs inovadores.
“Fico animado com a expansão de espaços de design e fabricação para materiais desafiadores com características interessantes, como vidro e suas propriedades ópticas e reciclabilidade”, diz Becker. “Desde que não esteja contaminado, você pode reciclar vidro quase infinitamente.”
Ela e Stern se uniram para ver se e como o vidro imprimível em 3D poderia ser transformado em uma unidade de alvenaria estrutural tão resistente e empilhável quanto tijolos tradicionais. Para seu novo estudo, a equipe usou a Glass 3D Printer 3 (G3DP3), a versão mais recente da impressora de vidro da Evenline, que faz par com um forno para derreter garrafas de vidro trituradas em uma forma fundida e imprimível que a impressora então deposita em padrões em camadas.
A equipe imprimiu protótipos de tijolos de vidro usando vidro de cal-soda, que é normalmente usado em um estúdio de sopro de vidro. Eles incorporaram dois pinos redondos em cada tijolo impresso, semelhantes aos pinos de um tijolo LEGO. Como os blocos de brinquedo, os pinos permitem que os tijolos se encaixem e se montem em estruturas maiores. Outro material colocado entre os tijolos evita arranhões ou rachaduras entre as superfícies de vidro, mas pode ser removido se uma estrutura de tijolos for desmontada e reciclada, permitindo também que os tijolos sejam derretidos novamente na impressora e moldados em novos formatos. A equipe decidiu fazer os blocos em um formato de oito.
“Com o formato de oito, podemos restringir os tijolos e, ao mesmo tempo, montá-los em paredes com alguma curvatura”, diz Massimino.
Pedras de passagem
A equipe imprimiu tijolos de vidro e testou sua resistência mecânica em uma prensa hidráulica industrial que espremeu os tijolos até que eles começaram a se fraturar. Os pesquisadores descobriram que os tijolos mais fortes foram capazes de suportar pressões comparáveis às que os blocos de concreto podem suportar. Esses tijolos mais fortes foram feitos principalmente de vidro impresso, com um recurso de intertravamento fabricado separadamente que se prendia à parte inferior do tijolo. Esses resultados sugerem que a maior parte de um tijolo de alvenaria poderia ser feita de vidro impresso, com um recurso de intertravamento que poderia ser impresso, fundido ou fabricado separadamente de um material diferente.
“O vidro é um material complicado de se trabalhar”, diz Becker. “Os elementos interligados, feitos de um material diferente, mostraram-se mais promissores nesta fase.”
O grupo está analisando se mais do recurso de intertravamento de um tijolo poderia ser feito de vidro impresso, mas não vê isso como um obstáculo para avançar para ampliar o design. Para demonstrar o potencial da alvenaria de vidro, eles construíram uma parede curva de tijolos de vidro intertravados. Em seguida, eles pretendem construir estruturas de vidro progressivamente maiores e autossustentáveis.
“Temos mais entendimento sobre quais são os limites do material e como escalar”, diz Stern. “Estamos pensando em pedras de passagem para edifícios e queremos começar com algo como um pavilhão – uma estrutura temporária com a qual os humanos podem interagir e que você pode então reconfigurar em um segundo design. E você pode imaginar que esses blocos podem passar por muitas vidas.”