L'innovativa costruzione del tetto supera la prova pratica

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo hanno utilizzato nuovi metodi di progettazione e fabbricazione per costruire un prototipo di tetto in calcestruzzo ultrasottile e altamente ondulato. Il tetto fa parte di un'unità abitativa innovativa chiamata HiLo, che sarà eretta l'anno prossimo nell'edificio di ricerca NEST dell'Empa e dell'Eawag a Dübendorf. Una volta completata, i ricercatori ospiti dell'Empa ci vivranno e lavoreranno. Gli scienziati guidati da Philippe Block, professore di architettura e strutture, e Arno Schlüter, professore di architettura e sistemi costruttivi, vogliono testare nuovi metodi di costruzione leggera e combinarli con sistemi costruttivi intelligenti e adattivi.

Il tetto a guscio autoportante e a doppia curvatura è composto da diversi strati. Le serpentine di riscaldamento e raffreddamento e uno strato isolante sono collocati sullo strato interno di calcestruzzo. Un altro strato di cemento chiude il tetto all'esterno, sul quale sono montate celle solari a film sottile. Grazie a questa tecnologia e a una facciata solare adattabile, un giorno l'unità residenziale genererà più energia di quanta ne consumerà.

Testato in scala 1:1

Il metodo di costruzione del tetto è stato sviluppato dai ricercatori del Block Research Group sotto la guida del Prof. Block e del Dr. Tom Van Mele insieme allo studio di architettura supermanoeuvre e testato su un prototipo in scala 1:1. Il prototipo, che è già stato smontato per lasciare spazio a futuri esperimenti, aveva una dimensione di sette anni. Il prototipo, che è già stato smontato per fare spazio a futuri esperimenti, era alto sette metri e mezzo e aveva una superficie di 162 metri quadrati. Lo spessore del calcestruzzo variava tra i 3 centimetri dei bordi del tetto e i 12 centimetri delle superfici portanti.

Al posto delle casseforme convenzionali in legno o plastica, i ricercatori hanno utilizzato una rete di cavi d'acciaio che viene tesa su una struttura di impalcatura. Sopra questa rete viene posizionato un tessuto polimerico che funge da cassaforma per il calcestruzzo. In questo modo, gli scienziati possono non solo risparmiare un'enorme quantità di materiale da costruzione, ma anche fornire soluzioni per la produzione economica di forme di design completamente nuove. Un altro vantaggio di questo metodo è che l'area sottostante rimane libera mentre il tetto viene gettato in calcestruzzo, consentendo di svolgere contemporaneamente i lavori di costruzione all'interno dell'edificio.

Gli algoritmi calcolano la forma esatta

La rete in fune metallica è progettata per assumere la forma desiderata sotto il peso del calcestruzzo umido. Ciò è possibile grazie a un metodo di calcolo che Block e il suo gruppo hanno ulteriormente sviluppato nell'ambito del Centro nazionale di competenza per la ricerca sulla fabbricazione digitale. Gli algoritmi assicurano che le forze in ogni singolo cavo d'acciaio siano distribuite correttamente e che il tetto assuma esattamente la forma predeterminata. "Se calcoliamo correttamente la geometria, la stabilità deriva principalmente dalla geometria e non dal materiale di costruzione", spiega Philippe Block. La rete di cavi pesa solo 500 kg, il tessuto 300 kg. In totale, quindi, sono necessari solo 800 chili di materiale per sponsorizzare 20 tonnellate di cemento bagnato.

La costruzione del tetto sarebbe stata impensabile senza l'aiuto di tecnologie informatiche e produttive all'avanguardia. Tuttavia, non sono stati utilizzati robot da costruzione, ma gli scienziati si sono affidati alla precisione e all'abilità di artigiani e donne. Gli specialisti di Bürgin Creations e Marti hanno spruzzato il cemento con un metodo appositamente sviluppato. Dovevano garantire che il tessuto potesse resistere alla pressione in ogni momento. Insieme a Holcim Svizzera, gli scienziati hanno definito la giusta miscela di calcestruzzo, che doveva essere abbastanza fluida per essere spruzzata e abbastanza viscosa per aderire alle aree verticali.

È dimostrato che funziona

Il prototipo è stato costruito dagli scienziati che lavorano con Block nel Robotic Fabrication Lab dell'ETH di Zurigo in sei mesi. Rappresenta un'importante pietra miliare per il progetto. "Abbiamo dimostrato che è possibile costruire un sistema di casseforme per calcestruzzo leggero e flessibile e che è possibile realizzare strutture complesse in calcestruzzo senza grandi quantità di materiale. Lavorando a stretto contatto con le aziende, siamo riusciti a dimostrare che il nostro sistema funziona anche nel cantiere NEST", afferma Block.

Ci sono voluti quattro anni dall'inizio del progetto al prototipo finito. Questo anche perché Philippe Block ha voluto coinvolgere da vicino i numerosi partner industriali nello sviluppo del prototipo. L'anno prossimo, Block vuole realizzare il tetto dell'edificio NEST in otto-dieci settimane. I singoli componenti della costruzione del tetto possono essere riutilizzati ogni volta che se ne ha bisogno. La rete metallica può essere smontata in poche parti, che possono essere riassemblate e riappese in breve tempo.