Σχεδιασμός δομικών έργων από χάλυβα σύμφωνα με τις αρχές της κυκλικής οικονομίας και της ανθεκτικότητας στην κλιματική αλλαγή
Του Καθηγητή Θεόδωρου Λ. Καραβασίλη*
Η κυκλική οικονομία και η ανθεκτικότητα στην κλιματική αλλαγή είναι πλέον έννοιες γνωστές και διαμορφώνουν πολιτικές σε παγκόσμιο επίπεδο. Για παράδειγμα, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή (ΕΕ) έχει ήδη προτείνει μέτρα για την μετάβαση σε κυκλική οικονομία στα πλαίσια του στόχου της για κλιματική ουδετερότητα έως το 2050. Ως οικονομικό μοντέλο, η κυκλική οικονομία απορρίπτει την χρήση νέων πόρων μέσω της επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσης. Υψίστης σημασίας είναι το γεγονός ότι μέρος των μέτρων της ΕΕ για την κυκλική οικονομία αφορούν τον κατασκευαστικό κλάδο. Εκτός της κυκλικής οικονομίας, αναπόσπαστο μέρος της στρατηγικής της ΕΕ για βιώσιμη ανάπτυξη αποτελεί η ανθεκτικότητα στην κλιματική αλλαγή. Λόγω της κλιματικής αλλαγής, οι κτιριακές υποδομές του σήμερα είναι πιθανό μελλοντικά να εκτεθούν σε θερμοκρασιακές μεταβολές, ανεμοθύελλες, και χιονοπτώσεις, με ένταση μεγαλύτερη αυτής για την οποία έχουν αρχικά σχεδιαστεί. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να υποστούν βλάβες και να μειωθεί η διάρκεια ζωής τους. Στο ρίσκο της κλιματικής αλλαγής θα πρέπει να προστεθεί και το υψηλό σεισμικό ρίσκο στην περιοχή της μεσογείου.
Η Ομάδα Έρευνας και Σχεδιασμού Μεταλλικών Κατασκευών στο Πανεπιστήμιο Πατρών, υπό την επιστημονική καθοδήγηση του αρθρογράφου, διενεργεί εφαρμοσμένη έρευνα παγκόσμιας αναγνώρισης, η οποία μπορεί να ικανοποιήσει καθολικά τις Ευρωπαϊκές επιταγές για κυκλική οικονομία, ανθεκτικότητα/προσαρμογή στην κλιματική αλλαγή, και αντισεισμική θωράκιση. Βασικοί ερευνητικοί πυλώνες είναι ο ‘Σχεδιασμός για Αποσυναρμολόγηση και Επανάχρηση’ και ο ‘Σχεδιασμός για Επανατακτικότητα’.
Ο σχεδιασμός για αποσυναρμολόγηση και επανάχρηση είναι μία από τις πλέον σύγχρονες και πράσινες μεθοδολογίες σχεδιασμού δομικών έργων. Σύμφωνα με την φιλοσοφία αυτή, τα κτίρια σχεδιάζονται ώστε να μπορούν εύκολα και οικονομικά να αποσυναρμολογηθούν στο τέλος ή ενδιαμέσως της διάρκειας ζωής τους. Με τον τρόπο αυτό, αντί να κατεδαφίζονται, καθίσταται εφικτή η επανάχρηση των δομικών μελών τους σε άλλα δομικά έργα με επακόλουθο τη δραστική μείωση των αποβλήτων της κατασκευαστικής δραστηριότητας. Λαμβάνοντας υπόψιν τα επιπλέον κόστη της αποσυναρμολόγησης, αποθήκευσης, και επεξεργασίας που απαιτούνται για την επανάχρηση ενός δομικού μέλους από χάλυβα, η αποσυναρμολόγηση και επανάχρηση μπορεί να θεωρηθεί ως οικονομικά ισοδύναμη και ταυτόχρονα πιο ‘πράσινη’ διαδικασία σε σύγκριση με την κατεδάφιση και ανακύκλωση.
Η επανατακτικότητα ορίζεται ως η ικανότητα της κατασκευής να αποφύγει την χρονικά εκτεταμένη απώλεια λειτουργίας λόγω επισκευής της βλάβης που προκλήθηκε από ακραίες φορτίσεις. Οι κατασκευές σήμερα σχεδιάζονται ώστε να αποφεύγουν την κατάρρευση σε σενάρια ακραίας φόρτισης αλλά χωρίς έμφαση στην επανατακτικότητα. Συγκεκριμένα, στην περίπτωση ακραίας φόρτισης παρουσιάζουν εκτεταμένες βλάβες στα δομικά μέλη, οι οποίες είναι μη επισκευάσιμες ή απαιτούν σημαντικό χρονικό διάστημα για να επισκευαστούν. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί στην περίπτωση των κατασκευών από χάλυβα μέσω της υιοθέτησης ‘έξυπνων’ δομοστατικών λύσεων που επιτρέπουν την ταχύτατη αναίρεση της δομικής βλάβης.
Ας λάβουμε ως παράδειγμα ένα τυπικό πολυώροφο κτίριο, την γνωστή πολυκατοικία. Το σημερινό επίπεδο εξειδικευμένης γνώσης επιτρέπει τον σχεδιασμό σύμμικτων πλακών (σκυρόδεμα σε χαλυβδόφυλλο) οι οποίες μπορούν να συνδεθούν και να αποσυνδεθούν από τις δοκούς του κτιρίου μέσω σύσφιξης και απόσφιξης ειδικά διαμορφωμένων κοχλιωτών συστημάτων, συνδέσεις δοκών οι οποίες επιτρέπουν την συγκέντρωση βλάβης σε ειδικά διαμορφωμένα τμήματα τα οποία μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν, και έδραση των υποστυλωμάτων με κατάλληλα διαμορφωμένα αγκύρια τα οποία παραμένουν ανέπαφα εντός του σκυροδέματος της θεμελίωσης. Με εφαρμογή αυτών των καινοτομιών και λόγω της εγγενούς δυνατότητας για αποσυναρμολόγηση που προσφέρουν οι συμβατικές κοχλιωτές συνδέσεις των μεταλλικών κατασκευών, το πολυώροφο κτίριο δύναται να αποσυναρμολογηθεί πλήρως και τα δομικά μέλη του να επαναχρησιμοποιηθούν σε άλλα δομικά έργα, να επεκταθεί ή να διαφοροποιηθεί για να ικανοποιήσει νέες ανάγκες λειτουργίας και χρήσης, και να επισκευαστεί ταχύτατα σε περίπτωση ακραίας φόρτισης (π.χ. ισχυρού σεισμού) σε οποιοδήποτε χρονική στιγμή στην διάρκεια ζωής του.
Συμπερασματικά, τα διαθέσιμα ερευνητικά αποτελέσματα έχουν ωριμάσει σε βαθμό που η κυκλική οικονομία και η ανθεκτικότητα στην κλιματική αλλαγή/σεισμική φόρτιση να μπορούν να θεωρηθούν πλήρως επιτεύξιμες για συμβατικά μεταλλικά κτίρια γραφείων και κατοικιών. Πιθανή υιοθέτηση τους στην πράξη σήμερα συνιστά εφαρμογή καινοτομίας, ένδειξη προόδου, και θετική διαφήμιση των κοινωνιών.
*Το άρθρο ικανοποιεί συμβατική υποχρέωση διάχυσης επιστημονικής γνώσης στο ευρύτερο κοινό στα πλαίσια Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών με Επιστημονικό Υπεύθυνο τον αρθρογράφο. Χρησιμοποιούνται απλοί επιστημονικοί όροι για την κατανόηση του κειμένου από τον μη κατέχοντα εξειδικευμένη γνώση.
*Ο Θεόδωρος Λ. Καραβασίλης γεννήθηκε (1979) και μεγάλωσε στην Άρτα. Είναι Καθηγητής Μεταλλικών Κατασκευών και Διευθυντής του Τομέα Κατασκευών στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Παράλληλα με τα ακαδημαϊκά του καθήκοντα, ασκεί ελεύθερο επάγγελμα ως ιδρυτής και επικεφαλής γραφείου στατικών μελετών. Πριν την εκλογή του στο Πανεπιστήμιο Πατρών, υπηρέτησε ως Ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Lehigh στην Πενσυλβάνια των Η.Π.Α., ως Λέκτορας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, και ως Καθηγητής και κάτοχος της Έδρας των Κατασκευών στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον.