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É possível construir um arranha-céu com quilômetros de altura?

Uma torre com um quilômetro de altura não seria apenas uma nova estrutura, mas uma nova tecnologia.

Frank Lloyd Wright propôs originalmente The Mile-High Illinois na década de 1950.
Inovações em materiais de construção e elevadores são necessárias para atingir a altura de uma milha e além.
Podemos ver o primeiro arranha-céu com um quilômetro de altura em meados do século XXI.

A humanidade está em uma busca por milênios para construir estruturas maiores e mais altas. Em nosso alcance em direção ao céu, construímos zigurates, pirâmides e coliseus. Nossas mitologias colocavam a sede dos deuses em torres elevadas no topo das montanhas. Tivemos parábolas religiosas moralizantes como a Torre de Babel, alertando aqueles que se colocam acima de um deus. E alguns dos maiores autoproclamados entre nós sempre buscaram se imortalizar por meio de obras massivas.

É seguro dizer que nossa civilização mundial está determinada a alcançar cada vez mais Milestones.

No entanto, os sonhos e maravilhas dos edifícios de ontem parecem brinquedos de criança em comparação com nossas estruturas agora. No último século e meio, os arranha-céus passaram a dominar a forma da cidade e não pararam de crescer.

Agora temos que nos perguntar: é possível construir um arranha-céu com uma milha de altura?

Talvez. Vamos descobrir.

The Mile-High Illinois de Frank Lloyd Wright

Um dos primeiros planos legítimos de construir uma torre com um quilômetro de altura que não fosse o sonho febril de algum megalomaníaco (talvez o dele também fosse), foi o famoso arquiteto Frank Lloyd Wright, The Illinois.

Em 16 de outubro de 1956 no Sherman House Hotel em Chicago, Wright aos 89 anos apresentou seu projeto para o que ele concebeu como o arranha-céu mais alto do mundo, uma torre incrível com uma milha de altura. A estrutura proposta teria 528 andares e 5.280 pés (1.609 metros) de altura. Atrás dele estava uma ilustração que media 25 pés (7,6 metros) de altura com as dimensões do arranha-céu desenhadas em uma escala de 1/16 polegadas com o pé. As dimensões de Illinois teriam sido astronômicas na época, com:

528 andares
76 elevadores
Área bruta de construção (GFA): 18.460.106 pés² (1.715.000 m²)
100.000 ocupantes
15.000 vagas de estacionamento
100 helipontos
Altura arquitetônica de 5.280 pés (1.609,4 m)
Altura da antena da ponta de 5.706 pés (1739,2 m)

'Este é o Illinois, senhores ... Nele serão consolidados todos os escritórios do governo agora espalhados por Chicago', declarou Wright.

Frank Lloyd Wright apresenta The Mile High Illinois no Sherman House Hotel em Chicago

Crédito: Fotos de Alamy

Wright em uma exibição exemplar de showmanship revelou a primeira proposta para a torre de um quilômetro de altura. Ele acreditava ter encontrado um método para construir a torre a partir de dois princípios que ele cunhou 'tenuidade' e 'continuidade'. Com esses métodos, ele acreditava que seria capaz de construir a torre de concreto armado e aço.

Os princípios gerais entre essas duas ideias são caracterizados pelos projetos de Wright nos quais ele usou uma base de 'raiz principal' para suportar a carga central da estrutura.

Blaire Kamin do Chicago Tribune descreveu da seguinte forma:

'The Mile-High não pretendia simplesmente ser alto. Foi a expressão máxima do sistema estrutural de 'raiz principal' de Wright, que afundou um mastro central de concreto profundamente no solo e nos pisos em balanço do mastro. Em contraste com um arranha-céu típico, no qual pisos do mesmo tamanho são empilhados uns sobre os outros como muitas panquecas, o sistema de raiz principal permite que os pisos variem em tamanho, abrindo o interior de um arranha-céu e deixando o espaço fluir entre os andares.

Nas próprias palavras de Wright, ele viu seu método como uma ruptura com a forma convencional, que em vez disso, ele imitaria a aparência de uma árvore com suas raízes profundas e galhos se espalhando profundamente na fundação.

'Eu detesto ver os meninos brincando e fazendo seus edifícios parecerem caixas', disse Wright. 'Por que não projetar um edifício que seja realmente alto? ... Há muito tempo observei árvores após a passagem de um ciclone. Aqueles com raízes profundas foram os que sobreviveram. '

Como é evidente por nossa falta de prédios quebrando no céu, a visão de Wright nunca se concretizou. Sua ideia de raiz principal, que só havia sido colocada em prática em um único prédio seu, nunca fez parte do kit de ferramentas do futuro engenheiro estrutural. Embora Wright tenha feito um esforço extraordinário para definir os detalhes dessa visão, havia muitos 'e se' que ainda não haviam sido descobertos. Muitos dos quais ainda estamos trabalhando hoje.

Mas houve progresso.

Tecnologia de construção para um arranha-céu de 1,6 km

O campeão invicto dos céus agora é o Burj Khalifa em Dubai, que tem 2.717 pés (cerca de meia milha) e é o edifício mais alto do mundo.

Embora considere isso com um grão de sal empoeirado - apenas 1.916 pés do Burj Dubai é espaço ocupável, o resto é altura de vaidade, o que significa que cerca de 250 pés é espaço não ocupável. Isso representa 29 por cento da altura do edifício.

Então, vamos voltar aos competidores reais para uma milha de altura.

Pesquisadores da MIT Technology Review usaram dados dos especialistas do Conselho de Edifícios Altos e Habitat Urbano e previram que há 9 por cento de chance de que um edifício com mais de uma milha seja construído até 2050. Eles também previram que, em 2050, quase 6 bilhões de pessoas viverão Nas cidades. Já estamos vendo que as áreas urbanas na China e no Oriente Médio estão continuamente crescendo, não diminuindo.

Crédito: Jonathan Auerbach e Phyllis Wan, International Journal of Forecasting Vol. 36, Edição 3

Existem três aspectos principais de construção e estabilidade que devem ser tratados se quisermos alcançar uma milha vertical. Esses são:

Amortecimento da oscilação do vento
Velocidade e comprimento do elevador
Materiais de construção

Todos os arranha-céus mais altos empregam um design superior cônico. Isso serve a um propósito utilitário e estrutural. Simplesmente não é possível pegar edifícios pré-existentes e simplesmente dobrar sua altura.

Uma torre com um quilômetro de altura não seria apenas uma nova estrutura, mas uma nova tecnologia.

Deixando de lado a vaidade do Burj Khalifa por um momento, temos que admirar sua engenhosidade estrutural. Projetada pelo arquiteto Adrian Smith e pelo engenheiro estrutural William Baker da Skidmore, Owings and Merrill, a abordagem fundamental da estrutura é um núcleo com contraforte - que é um núcleo hexagonal de concreto que se desfaz em três contrafortes triangulares. Esta foi uma solução inventiva que eles criaram para suportar uma altura tão grande.

Mas isso só resolve um problema.

Desviar ventos em altitudes elevadas

O que pode ser uma leve brisa no andar térreo pode se transformar em uma tempestade de vento em alturas maiores. Além dos fundamentos de estabilidade, os ocupantes também precisam de conforto. A maior parte da oscilação do edifício é inofensiva para a integridade estrutural do edifício. Mas a última coisa que alguém quer é se sentir no meio de um tornado 500 andares acima do nível do solo.

Os profissionais de arquitetura, engenharia e construção (AEC) calculam a oscilação do vento estimada a partir da altura de um edifício e a incorporam ao projeto. Os edifícios são freqüentemente feitos para resistir a cataclísmicos desastres climáticos severos de 500 a 1000 anos.

Para lidar com o vento, você pode confundi-lo girando-o ao redor do edifício de maneiras estruturais criativas ou usar um amortecedor de massa.

Um amortecedor de massa é um contrapeso suspenso em algum lugar do edifício para neutralizar e equilibrar o movimento externo. Por exemplo, a Torre Taipei 101 emprega um Orbe de 730 toneladas pêndulo que oscila para frente e para trás para equilibrar o vento das tempestades e tufões.

Vórtices aerodinâmicos de vento podem exercer quantidades perigosas de pressão e vibrações em um edifício. As correntes de ar podem ser imprevisíveis, portanto, em vez de adivinhar o que poderia acontecer com o prédio, os profissionais de AEC precisam calculá-lo diretamente no projeto. Se não for um amortecedor de massa, será uma mistura de aletas estruturais, curvas e pisos assimétricos.

Velocidade e estabilidade do elevador

Os obstáculos logísticos para mover milhares de pessoas em um arranha-céu de uma milha de altura é um dos maiores desafios. Para chegar ao andar de cima de um prédio de um quilômetro de altura com a tecnologia atual, seria necessário que as pessoas trocassem de elevadores várias vezes.

O número atual para elevadores é de 1.600 pés, pois os cabos de suspensão de arame não podem suportar seu próprio peso e qualquer peso adicional após esse ponto. Além das limitações técnicas, a necessidade de vários saguões de elevador ocuparia muito espaço valioso.

Há alguns anos, a empresa finlandesa de elevadores Kone desenvolveu um cabo de fibra de carbono, UltraRope, que eles acreditam poder dobrar a distância de uma corda de elevador. Isso seria o suficiente para levar aqueles moradores de cobertura com quilômetros de altura para suas escavações no céu.

Além do elevador a cabo da velha escola, outros têm ideias flutuantes sobre um sistema em loop que poderia puxar os elevadores para cima, para baixo e para os lados. Isso poderia aumentar a área útil do edifício em 25%.

Novos materiais estruturais

O concreto nos serviu bem por milhares de anos. É hora de repensar quais materiais podemos usar. Os engenheiros estão procurando materiais como a fibra de carbono, um material extremamente leve e forte.

A fibra de carbono é um polímero composto de fios finos de átomos de carbono unidos em uma formação cristalina única. É muito mais leve que o aço, cinco vezes mais resistente e tem o dobro da rigidez. Atualmente, a fibra de carbono é usada em vários processos de fabricação, desde asas de aeronaves até quadros de bicicletas. A fibra de carbono e outros materiais compostos relacionados pesam muito pouco, mas podem suportar cargas pesadas.

O futuro do arranha-céu com mais de um quilômetro de altura

Com bilhões de residentes em nossas cidades, é inevitável que um dia cheguemos à marca de um quilômetro de altura, senão além disso também. Mas precisamos pensar sobre para que esses arranha-céus serão usados e como eles irão interagir e remodelar o ambiente construído.

Na virada do século 20, a Resolução de Zoneamento de 1916 na cidade de Nova York foi uma medida adotada para impedir que enormes arranha-céus bloqueassem a luz e o ar de alcançar as ruas abaixo. Estabeleceu limites para o que poderia ser construído e criou uma série de contratempos para a construção de lotes.

Novas medidas precisariam ser criadas à medida que um edifício dessa magnitude entrasse no domínio público. Novos usos de construção também precisam ser considerados. De quantos condomínios de luxo a mais e espaço para escritórios realmente precisamos?

O advento de uma torre com mais de um quilômetro de altura poderia trazer uma nova era para a herdade e para o meio ambiente criado. Temos a oportunidade de construir algo que poderia ser um ecossistema autônomo em pleno funcionamento, mais do que apenas um edifício, mas uma cidade dentro da cidade.

Um edifício de uso misto como este poderia abrigar milhares e dar-lhes um lugar onde pudessem trabalhar, brincar, viver e viver nas periferias da maior engenhosidade da humanidade. Um lugar como este também pode servir como uma sede consolidada para governos e espaço de trabalho para as empresas do futuro. Por que não continuar a construir verticalmente com fazendas, fábricas e muito mais?

Quando um dia chegarmos a uma milha e além, o céu não será mais o limite, será nosso domínio.

Mike Colagrossi é o fundador da Alquimista Cidade, o boletim informativo por e-mail mais instigante sobre desenvolvimento urbano e tecnologia. Inscrever-se para se manter atualizado.