Un innovativo solaio prefabbricato in calcestruzzo riciclato ultra leggero e multifunzionale

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Funicular Floor _ Photo by Andrei Jipa

Un gruppo interdisciplinare di ricercatori dell'Istituto di Tecnologia del Dipartimento di Architettura dell'ETH di Zurigo ha sviluppato un innovativo prototipo di solaio prefabbricato in calcestruzzo riciclato, ultraleggero ed integrato con un efficiente sistema HVAC. Il prototipo in questione, denominato Funicular Floor, mira a dimostrare il vasto potenziale offerto dai nuovi metodi di progettazione e fabbricazione digitale per affrontare le grandi sfide che interessano l’industria delle costruzioni.

Gli edifici futuri richiederanno significativi miglioramenti sia dal punto di vista prestazionale che di fabbricazione delle componenti edilizie per contrastare il fenomeno del riscaldamento globale e il rapido esaurimento delle materie prime. Tra le possibili strategie da adottare vi è quella di pensare le componenti edilizie come elementi che possono svolgere contemporaneamente più funzioni, ad esempio integrare in un’unica soluzione aspetti strutturali ed energetici. 

Funicular Floor è stato presentato dall’ETH di Zurigo lo scorso gennaio durante il Word Economic Forum 2019 tenutosi a Davos (Svizzera).

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Design by Matthias Rippmann

Un solaio prefabbricato che integra in un unico elemento aspetti strutturali ed energetici 

Funicular Floor è un solaio prefabbricato in calcestruzzo non armato ultraleggero costituito da un sottile guscio funicolare irrigidito da nervature progettate appositamente per ridurre la deformabilità dell’elemento e trasmettere gli sforzi tensionali verso l’armatura perimetrale. La complessa geometria strutturale permette una riduzione del 70% di calcestruzzo superfluo impiegato nella fabbricazione di un solaio tradizionale in calcestruzzo a soletta piena.

Inoltre, un volume significativo di calcestruzzo viene qui sostituito da blocchi isolanti in polistirene espanso che alleggeriscono la struttura e migliorano la prestazione termica dell’elemento.

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Design by Georgia Chousou

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Photo by Andrei Jipa

Di per sé la soluzione di adottare solai in calcestruzzo "nervati" per utilizzare meno materiale non è innovativa. Già negli anni ’60 Pier Luigi Nervi utilizzava sapientemente questi solai nei suoi progetti ma nonostante ciò questa tecnologia non divenne mai d’uso comune. La fabbricazione di tali elementi necessitava di soluzioni dispendiose di casseratura, che richiedevano complesse sequenze di montaggio e rimozione.

I ricercatori del ETH di Zurigo hanno però sviluppato una soluzione innovativa per realizzare le casseforme servendosi di tecnologie di stampa 3D FDM all'avanguardia. Hanno così realizzato stampi su misura ultraleggeri per dar forma alla complessa geometria strutturale ottimizzata, visibile nell’intradosso del solaio, e al sistema di canali integrati per ospitare il sistema ibrido HVAC

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Photo by Matthias Rippmann

Cassaforma funzionale per realizzare un prototipo di solaio in calcestruzzo ultraleggero grazie alla stampa 3D 

Funicular Floor è il risultato di un lavoro di ricerca che si fonda su "approccio basato sulla geometria" per valutare e attaccare i problemi di ingegneria utilizzando tecnologie innovative come la progettazione algoritmica e la stampa 3D.

La stampa 3D è adatta per la personalizzazione di massa di pezzi unici dalle geometrie complesse. In particolare, la modellazione a deposizione fusa (FDM) è una tecnologia di stampa 3D che può utilizzare materie plastiche riciclabili a base biologica come il PLA (Acido Polilattico) per produrre le componenti delle casseforme.

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Photo by Matthias Rippmann

Per il prototipo del solaio funicolare in calcestruzzo riciclato (600 kg di peso totale dell’elemento), l'intera cassaforma pesa meno di 10 kg. Si tratta dunque di un sistema ultraleggero che presenta vantaggi significativi in termini di trasporto e movimentazione.

>>> Un video mostra la realizzazione del prototipo

Crediti prototipo Funicular Floor (ETH Zurich)

Project partners

Block Research Group, ETH Zurich: Cristián Calvo Barentin, Dr. Matthias Rippmann, Dr. Andrew Liew, Dr. Tom Van Mele, Prof. Dr. Philippe Block
Architecture and Building Systems, ETH Zurich: Dr. Gearóid Lydon, Prof. Dr. Arno Schlüter
Digital Building Technologies, ETH Zurich: Andrei Jipa, Matteo Lomaglio, Georgia Chousou, Prof. Dr. Benjamin Dillenburger

Industry partners

BASF (Schweiz) AG
Holcim (Schweiz) AG

Sponsors

BASF (Schweiz) AG
NCCR Digital Fabrication
ETH Zurich

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Collage photo by Georgia Chousou

Funicular Floor per NEST Hilo, la prima unità abitativa dell'edificio sperimentale NEST nel campus Empa-Eawag

Il prototipo sarà stato testato nel 2019 durante la costruzione di Hilo (High performance, Low energy), la prima unità abitativa sperimentale con due camere da letto collocata al secondo piano di NEST.

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NEST Hilo, la prima unità abitativa sperimentale di NEST

NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) è un edificio/infrastruttura costruito all’interno del campus Empa-Eawag a Dubendorf in Svizzera. L’edificio sperimentale è costituito da una “spina dorsale” centrale e da una griglia di base per ospitare fino a quindici uffici modulari o residenziali chiamati unità di innovazione. L’obiettivo principale alla base del progetto di NEST è quello di testare, dimostrare e ottimizzare nuovi materiali e sistemi costruttivi innovativi in condizioni reali. 

Hilo è un “caso di studio” sulla progettazione e fabbricazione digitale integrata di elementi multifunzionali per un edificio residenziale che avrà come obiettivo quello di dimostrare le potenzialità di sistemi costruttivi intelligenti e adattivi nel settore delle costruzioni ultraleggere.

Le componenti costruttive che saranno testate con Hilo sono:

(a) un sottile tetto a guscio integrato con celle solari flessibili;

(b) un sistema di solai funicolari ultraleggeri integrati con un sistema ibrido HVAC;

(c) una facciata solare adattiva (ASF).


Fonte testo e immagini

Sul prototipo Funicular Floor

Sul progetto NEST Hilo - www.systems.arch.ethz.ch

 

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