La ricerca al servizio della praxis
HiLo e DFAB House compatti
Con i metodi di costruzione oggi in uso, realizzare forme libere in calcestruzzo è arduo. I ricercatori del Politecnico di Zurigo stanno testando diversi metodi per produrle e portarle sul mercato.
Gli elementi portanti di un edificio multipiano rappresentano fino al 50% della sua “energia grigia”. Nel complesso, l’industria delle costruzioni è responsabile del 40% delle emissioni globali di gas serra. E anche in termini di consumo di materiale occupa una posizione di primo piano: ogni anno utilizza 10 miliardi di tonnellate di calcestruzzo. Per il 2050, le proiezioni ipotizzano un consumo di 60 miliardi di tonnellate. L’industria delle costruzioni raggiunge anche il 25% in termini di rifiuti.1
Diversi gruppi di ricerca del Politecnico di Zurigo si interrogano quindi su come gli strumenti digitali e i metodi di produzione possano essere utilizzati per progettare e produrre in modo adeguato al materiale e rispettoso dell'ambiente. I risultati sono visibili in particolare nell’edificio denominato NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies), considerato un ponte tra il laboratorio di ricerca e il mercato (se ne parla in Empa NEST, Brutplatz für die Forschung).
Funzionamento effettivo dal 2021
L’Unità HiLo (High performance, Low energy), posizionata sulla piattaforma superiore dell’edificio denominato NEST, rappresenta una sperimentazione per ripensare gli elementi edilizi. I ricercatori del Block Research Group hanno sviluppato il tetto – una struttura a doppia curvatura – e gli elementi di solaio, realizzati con una costruzione leggera (lo spiegano in «Wir suchen Wege, Materialien effizient zu nutzen»).
La cassaforma per il tetto è costituita da una rete metallica e da una membrana tesa sopra di essa. La rete è fissata a un telaio di legno riutilizzabile, sostenuto da un'impalcatura convenzionale. La rete metallica è progettata per assumere la forma desiderata sotto il peso del calcestruzzo bagnato. Ciò è dovuto alla distribuzione non uniforme delle forze nei singoli cavi della rete.
I ricercatori hanno sviluppato i propri algoritmi per il calcolo e l'ottimizzazione. Tre persone hanno allestito la struttura della rete in poche settimane (come si legge in HiLo – Beton in neuer Schale). La struttura del tetto è stata eretta in laboratorio in scala 1:1, e sarà nuovamente realizzata nel sito di destinazione entro la fine del 2020.
Per risparmiare materiale senza influenzare il comportamento strutturale, è stato sviluppato un elemento di solaio a guscio di soli 5 cm di spessore, con nervature di irrigidimento per resistere ai carichi di compressione. Grazie alla riduzione al solo materiale strutturale, esclusivamente necessario per un efficiente trasferimento delle forze sotto pressione, è stato possibile posizionare a vista tubi, cavi e sistemi meccanici che precedentemente erano inaccessibili.
Questa costruzione consente l’uso di materiali a minore resistenza come il calcestruzzo riciclato, con un risparmio di materiale fino al 70% – aspetto che riduce anche le emissioni di CO2. La fabbricazione della soletta avviene attraverso il getto di calcestruzzo su un letto di sabbia prodotto da una stampante 3D. In futuro gli elementi del solaio saranno prefabbricati in moduli e saranno facili da installare in loco. Una volta installati nell’Unità HiLo, si procederà poi al getto di calcestruzzo in cantiere, ma l’obiettivo è di sviluppare ulteriormente il sistema per portarlo sul mercato entro metà 2021.
Nota
- Dal video della presentazione «Strength through geometry» di Philippe Block del 19.9.2019, presso la Schweizer Baumuster-Centrale.
Una versione più ampia di questo articolo si trova in «TEC21» 15–16/2020, «Beton, frei geformt».
