Usare meno materiale nei pavimenti è una strategia praticabile per migliorare la sostenibilità negli edifici, in quanto può ridurre l’impronta ambientale della struttura. Dare priorità solo a questo obiettivo, tuttavia, può portare a effetti indesiderati, come l’eco in una stanza o il rumore che viaggia tra i piani, secondo Nathan Brown, assistente professore di ingegneria architettonica.
La ricerca della Penn State ha esplorato un metodo per ottimizzare le proprietà acustiche e strutturali delle solette di cemento. I loro risultati sono stati pubblicati online prima dell’edizione di stampa di marzo del Journal of Architectural Engineering. “Il risultato eccitante della nostra ricerca è che le strutture sagomate possono migliorare le prestazioni di isolamento acustico negli edifici, riducendo le emissioni di carbonio incorporate nel sistema strutturale”, ha detto Jonathan Broyles, un candidato al dottorato di ingegneria architettonica e il primo autore del documento.
Per iniziare la loro indagine, il team ha utilizzato un software di modellazione 3D per creare lastre di calcestruzzo sagomate composte da molte curve collegate da punti di controllo mobili. Fornendo al programma dei parametri da seguire quando si spostano questi punti, i ricercatori hanno permesso al software di generare una varietà di possibili disegni con vincoli realistici e personalizzati. Continuando lo sforzo per trovare un disegno favorevole, un processo chiamato ottimizzazione, i ricercatori avevano bisogno di testare le prestazioni dei disegni generati in due aree.
Hanno analizzato le proprietà strutturali, per soddisfare gli standard di ingegneria edilizia, e le proprietà acustiche, per minimizzare i suoni indesiderati. “L’ottimizzazione tradizionale si concentra sull’individuazione di un valore come design buono o cattivo, ma in questo caso, abbiamo due valori: uno per valutare le prestazioni strutturali e un altro per le prestazioni acustiche”, ha detto Brown, autore corrispondente dell’articolo. “Abbiamo impostato un modello con alcune variabili e usato un algoritmo del computer per muoversi attraverso i potenziali progetti, mirando a opzioni migliori per entrambi i valori allo stesso tempo”.
Il team ha usato una serie di equazioni per informare i loro vincoli di ottimizzazione. Oltre a considerare la massa, con l’obiettivo di ridurre la massa per ridurre le emissioni richieste per fare e installare una lastra, i ricercatori hanno anche preso in considerazione la forma e la rigidità. Capire l’effetto di ciascuna di queste variabili sulle proprietà acustiche permetterebbe al team di ridurre la potenza delle onde sonore trasmesse che colpiscono la lastra, secondo Brown.
Usando l’ottimizzazione, i ricercatori hanno identificato disegni di lastre di cemento che usavano meno cemento di una lastra convenzionalmente sagomata e mantenevano proprietà acustiche desiderabili. Questi risultati, ha detto Brown, costruiscono una base per la progettazione di pavimenti in cemento sagomati che possono essere ottimizzati per una migliore interazione con il suono senza compromettere la sostenibilità. Broyles ha detto che la ricerca è stata motivata in parte dai suoi interessi interdisciplinari. “Sono venuto alla Penn State per perseguire la ricerca all’intersezione dell’ingegneria strutturale e del design acustico”, ha detto Broyles.
“Dopo aver incontrato il dottor Brown, ho capito che questo argomento potrebbe essere esplorato in studi di ottimizzazione di pavimenti in cemento sagomati per aiutare a capire la relazione tra sostenibilità e acustica degli edifici”. Il team prevede di applicare i metodi usati in questa ricerca per capire i compromessi tra sostenibilità e prestazioni in aree diverse dall’acustica. Secondo Brown, esplorare questa connessione può portare a edifici più sostenibili che non compromettono la qualità della vita.
“Questo è ciò che mi interessa del processo di progettazione, specialmente per i componenti edilizi che devono fare molte cose diverse e raggiungere molti obiettivi quantitativi di performance, pur possedendo caratteristiche qualitative che rendono gli edifici luoghi in cui vogliamo abitare”, ha detto Brown. “Gran parte del mio programma di ricerca sta nel considerare questi obiettivi quantitativi che possiamo misurare e allo stesso tempo dare ai progettisti la libertà e la flessibilità di pensare a questi aspetti qualitativi”.
