Modificando la forma tradizionale dei solai si potrebbe ridurre l'uso del calcestruzzo del 75%

Le università di Bath, Cambridge e Dundee hanno recentemente svelato il prototipo di una volta a guscio sottile che riduce del 75% l'uso del calcestruzzo, pur supportando lo stesso carico di un solaio tradizionale in lastre.


Un sistema strutturale per la decarbonizzazione in edilizia

Il raggiungimento degli obiettivi netti zero recentemente concordati alla conferenza COP26 richiederà un cambiamento significativo da parte del settore edile, responsabile in gran parte delle emissioni in atmosfera.

Un team interdisciplinare composto da ingegneri, matematici ed esperti di produzione delle università di Bath, Cambridge e Dundee, ha accolto la sfida della decarbonizzazione del settore sviluppando una soluzione innovativa che ripensa al modo in cui vengono progettati e prodotti i pavimenti in cemento.

Recentemente, infatti, è stato sveltato il prototipo sperimentale di un solaio in cemento a guscio sottile, performate e sostenibile al tempo stesso.

Il prototipo in questione dimostra come sia possibile realizzare un solaio utilizzando il 75% di cemento in meno rispetto a un solaio tradizionale in lastre piatte e con il 40% in meno di carbonio incorporato.

Il prototipo è parte del progetto di ricerca triennale ACORN (Automating Concrete Construction), sostenuto e finanziato dall'UKRI (UK Research and Innovation), che si pone come obiettivo quello di sviluppare soluzioni costrutive per migliorare notevolmente la sostenibilità e la produttività del settore edile durante l'intero ciclo di vita favorendo una cultura che adotti un approccio fresco e olistico alla produzione, all'assemblaggio, al riutilizzo e alla decostruzione di edifici in cemento, a vantaggio dell'ambiente.

"Poiché il calcestruzzo è il materiale più consumato al mondo dopo l'acqua e la sua produzione contribuisce per oltre il 7% alle emissioni globali di CO2 , il modo più semplice per la costruzione iniziare il suo viaggio verso lo zero netto significa usare meno cemento" ha dichiarato Paul Shepherd, lettore del dipartimento di architettura e ingegneria civile di Bath e ricercatore principale di Acorn.

 

Il prototipo di un solaio a guscio sottile che riduce del 75% l'uso del calcestruzzo

Il dottor Paul Shepherd del team ACORN mostra il prototipo del pavimento a guscio sottile.

 

Nel laboratorio NRFIS del dipartimento di ingegneria civile dell'Università di Cambridge è sto realizzato il prototipo del solaio a grandezza naturale di 4,5 x 4,5 m. Sulla struttura curva del solaio è stato installato un pavimento sopraelevato per creare una superficie perfettamente planare.

Il prototipo si compone di nove elementi assemblati tra loro grazie a un sistema di connessione ideato ad hoc per la struttura. Nella struttura sono stati incorporati giunti reversibili per consentire lo smontaggio e il rimontaggio del sistema altrove.

Ogni pezzo del prototipo ha richiesto solo 30 minuti per la fabbricazione. Ha richiesto invece una settimana l'assemblaggio dell'intera struttura con pavimento finito.

Sarà comunque necessaria una seconda fase di ricerca prima che il sistema possa essere adottato dall'industria, dichiara il team di ricerca.

Se il progetto riuscirà ad ottenere nuovi finanziamenti e a proseguire nella ricerca il prossimo passo sarà "ottimizzare le connessioni tra i segmenti del guscio, adottando una strategia di rinforzo e migliorando le proprietà dei materiali tenendo conto della fabbricazione automatizzata, oltre a svolgere studi sulla valutazione del ciclo di vita per raccogliere dati migliori sulle possibili riduzioni di carbonio incorporato."

Il team collaborerà con altri stakeholder sugli aspetti che riguardano il fuoco, l'acustica, il carico dei pedoni e la resistenza ai terremoti.

 

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Il contributo della digitalizzazione nello sviluppo del progetto

Tuttavia, la nuova forma non può essere realizzata con casseforme tradizionali, quindi il team di ricerca ha sviluppato, in parallelo, uno stampo adattabile automatizzato e un sistema robotizzato di spruzzatura del calcestruzzo che può essere utilizzato in futuro anche off-site.

Oltre a questo, il team ha anche creato un software su misura per ottimizzare perfettamente i pavimenti per un determinato progetto di edificio e controllare il sistema di produzione automatizzato per produrli.

L'approccio di ACORN si basa sulla consolidata esperienza di progettazione computazionale del team, che ha sviluppato strumenti e tecniche digitali innovativi per ottimizzare la forma, il layout, la struttura degli edifici durante la fase di progettazione. Estenderà questo approccio a valle del processo di costruzione, per comprendere anche la fabbricazione.

La novità sta nella creazione di processi digitali integrati end-to-end per automatizzare la progettazione e la produzione di elementi costruttivi non prismatici, sfruttando la recente proliferazione della robotica a prezzi accessibili ed aprendo la porta a un settore maturo per un cambiamento radicale in termini di sostenibilità e produttività.

 

Per sapere di più sul progetto di ricerca ACORN visita la pagina disponibile a questo LINK