La dimensione della sfida globale del clima è quantificata da strumenti di lavoro circolari che definiscono l'ambiente costruito. Gli edifici e la costruzione rappresentano quasi il 40% delle emissioni di CO2], mentre il settore dei trasporti rappresenta un'altra quota significativa nella maggior parte delle nazioni industrializzate. Gli ingegneri civili non operano solo all'interno di questo paesaggio, progettano e lo definiscono.

Ridefinizione dei materiali strutturali per un futuro a basso contenuto di carbonio

La comprensione dell'impronta di carbonio delle infrastrutture richiede la distinzione tra carbonio operativo, le emissioni da riscaldamento, raffreddamento e alimentazione di un impianto, e carbonio incorporato, che comprende tutte le emissioni da estrazione di materia prima, produzione, trasporto e costruzione. Per decenni, l'industria si è concentrata pesantemente sull'efficienza operativa.

Cemento e tecnologie di cemento a basso contenuto di carbonio

Il cemento è un prodotto di tipo più basso, che può essere utilizzato per la produzione di carbone.

Messa Legname e la rivoluzione dell'edificio del legno

Il legno di legno di legno traslato (CLT) e il legno laminato (Glulam) stanno dislocando l'acciaio e il cemento nella costruzione di medio-alto livello. Questi prodotti di legno ingegnerizzati sequestrano il carbonio atmosferico durante la vita dell'edificio, agiscono come una risorsa rinnovabile quando fonte di foreste gestite in modo sostenibile e riducono significativamente il peso strutturale, permettendo fondazioni più piccole e meno materiale nelle zone sismiche.

Valutazione del ciclo di vita e dichiarazioni dei prodotti ambientali

Gli ingegneri civili utilizzano LCA per confrontare i sistemi strutturali, ad esempio, valutando il potenziale di riscaldamento globale di un telaio in acciaio rispetto ad un telaio in legno di massa per un dato design.

Decarbonizzazione dei trasporti attraverso progettazione delle infrastrutture

Il trasporto è la più grande fonte di emissioni di gas serra negli Stati Uniti e in molte altre economie sviluppate. Le soluzioni di ingegneria civile per ridurre queste emissioni cadono in tre strategie principali: consentire l'elettrificazione, ottimizzare i sistemi di pavimentazione e progettare il cambiamento di modalità.

Infrastrutture e integrazione della griglia

Gli ingegneri civili progettano i supporti strutturali per le piattaforme di ricarica EV, che sono sempre più integrati con i pannelli fotovoltaici per fornire la generazione rinnovabile in loco. Il design civile del sito per i depositi di ricarica su larga scala deve affrontare la gestione delle acque di tempesta per le superfici impervie, la distribuzione del carico elettrico e la gestione termica per le apparecchiature.

Sistemi di pavimentazione sostenibili

L’ingegneria del pavimento offre opportunità di riduzione del carbonio diretto. La tecnologia Warm Mix Asphalt (WMA) riduce le temperature di produzione di 20 a 40 gradi Celsius, riduce il consumo di carburante e le emissioni di pila presso l’impianto di asfalto senza compromettere le prestazioni. L’uso di pavimentazione riciclata Asphalt (RAP) continua ad aumentare, con miscele ad alta frequenza superiore al 50 per cento di materiale recuperato in base e strati intermedi, riducendo la domanda di aggregati

Connettività multi-modulare e sviluppo orientato al transito

I progettisti civili progettano i layout del sito, i paesaggi stradali e le geometrie intersezione che permettono di costruire reti pedonali sicure ed efficienti, biciclette e di trasporto di massa. Lo sviluppo orientato al transito (TOD) concentra lo sviluppo ad alta densità, lo sviluppo misto intorno alle stazioni di transito, che richiedono competenze nell’ingegneria geotecnica per fondazioni profonde, l’ingegneria strutturale per la gestione dei parcheggi e soluzioni idrauliche per l’ingegneria delle tempestive.

Abilitare la transizione energetica rinnovabile

La transizione verso una rete zero energia elettrica è fondamentalmente un progetto di infrastruttura civile, che richiede la costruzione di vaste strutture di generazione rinnovabile, corridoi di trasmissione e sistemi di stoccaggio dell'energia su scala di utilità.

Fondamenti per l'energia eolica offshore

In acque basse (fino a 60 metri), la fondazione monopile — un tubo di acciaio di grande diametro guidato nel fondale marino — è la soluzione più comune, che richiede l’indagine dettagliata del sito geotecnico e il design dei pile dinamici per resistere ai carichi ciclici da vento, onde e correnti.

Solar Farm e Progettazione del sito di stoccaggio della batteria

I progettisti progettano il grading e il drenaggio per gestire il runoff delle acque di tempesta attraverso grandi serie di pannelli fotovoltaici, controllo dell'erosione e dei sedimenti durante la costruzione, eseguire indagini geotecniche per sistemi di racking per ottimizzare il design delle basi (collegamenti a rete, blocchi di ballate o viti a terra), e progettare strade e recinzioni di accesso. L'integrazione dei sistemi di stoccaggio dell'energia della batteria (BESS) aggiunge un altro strato di complessità.

Ammodernamento e infrastrutture di trasmissione

Le risorse energetiche rinnovabili sono spesso situate lontano dai centri abitati, che richiedono nuove linee di trasmissione ad alta tensione. Gli ingegneri civili conducono la selezione di percorsi, l'indagine geotecnica per le basi a torre, la progettazione strutturale delle torri di trasmissione (acciaio reticolo, monopolare, H-frame), e il controllo dell'erosione per le strade di accesso.

Ingegneria delle risorse idriche in un clima in evoluzione

Il cambiamento climatico altera il ciclo idrologico, intensificando sia la siccità che gli eventi di precipitazione estrema. La gestione delle risorse idriche è centrale per l'adattamento e la mitigazione del clima. La mitigazione avviene attraverso l'efficienza energetica nei sistemi idrici, la sequestrazione del carbonio negli ambienti costieri e la progettazione di infrastrutture verdi.

Infrastrutture verdi e sviluppo a basso impatto

I sistemi di trasporto convenzionali delle acque reflue sono intensivi e spesso sopraffatti da eventi estremi.Lo sviluppo di basse emissioni (LID) impiega le pratiche di controllo delle sorgenti decentrate.Le cellule di bioretenzione, i giardini piovana, i pavimentamenti permeabili e i sistemi di raccolta delle acque piovane riducono i volumi di scarico, attenuano i flussi di picco e migliorano la qualità dell'acqua attraverso la filtrazione e l'assorbimento biologico.

Trattamento delle acque reflue neutre

I processi di trattamento convenzionato consumano energia elettrica sostanziale per l'aerazione, la pompa e la gestione dei solidi.Inoltre, gli ingegneri civili e ambientali stanno progettando impianti per raggiungere la neutralità energetica o lo stato di energia netta-positiva. Ciò si ottiene attraverso la digestione anaerobica dei fanghi di depurazione per produrre biogas, che viene poi alimentato in sistemi di riscaldamento e di alimentazione combinati (CHP) per generare energia elettrica

Risilienza costiera e carbonio blu

Le soluzioni ingegnerizzate vanno dalle infrastrutture dure (pareti, orme, barriere di sbalzo) alle caratteristiche naturali (living linde, ripristino delle paludi, ripristino delle barriere coralline).

Standard, Politica e Quadro Professionale

Le decisioni di ingegneria individuale sono guidate e rafforzate da codici, standard e sistemi di valutazione. Il contributo della professione alla mitigazione del clima è codificato attraverso questi quadri.

Codici energetici edili e codici di zoning

I codici di estrazione e i codici energetici netti-zero spingono ulteriormente il mercato, richiedendo buste di costruzione ad alte prestazioni, sistemi di illuminazione e meccanica efficienti, e spesso l'inclusione di energia rinnovabile. Gli ingegneri civili devono progettare infrastrutture che si allineano a questi codici, specificando materiali con carbone e coordinando con architetti e ingegneri del MEP per ottimizzare le prestazioni complessive del cantiere.

Sistemi di valutazione della sostenibilità: Envision, LEED e SITES

Per le infrastrutture orizzontali (strada, ponti, tubazioni, porti, impianti di trattamento), il framework di implementazione] sviluppato dall'Istituto per la infrastruttura sostenibile fornisce un sistema di valutazione della sostenibilità completo.

Professionale per la promozione e lo sviluppo della forza lavoro

Le organizzazioni professionali come la American Society of Civil Engineers (ASCE) e la Canadian Society for Civil Engineering (CSCE) stanno attivamente lavorando per integrare l’alfabetizzazione del clima nel curriculum ingegneristico e nelle linee guida della pratica professionale.

Conclusione: Il progetto Defining Infrastructure del secolo

Il ruolo dell’ingegnere civile nella mitigazione dei cambiamenti climatici è stato stabilito e ampliato. È incorporato nelle scelte materiali fatte presso un ufficio di ingegnere strutturale, le decisioni di allineamento fatte in un corridoio di trasporto, i calcoli idraulici per un sistema di acqua di tempesta, e il design geotecnico per una fondazione eolica offshore.