Il pavimento è tuo

Suoli funicolari funzionalmente integrati

Gruppo di ricerca sui blocchi, ETH di Zurigo
Architettura e sistemi costruttivi, ETH di Zurigo
Tecnologie digitali per edifici, ETH di Zurigo

Il rapido esaurimento delle materie prime significa che entro il 2050 non ci saranno più abbastanza sabbia e acciaio disponibili per gli edifici in calcestruzzo. ? quindi giunto il momento di ripensare la progettazione e la costruzione degli edifici. L'ETH di Zurigo presenta nel padiglione di Davos un sistema di pavimento funzionalmente integrato. ? il risultato di una ricerca architettonica innovativa e mostra come l'interazione tra design storico e geometrico e nuove tecnologie possa portare a costruzioni più leggere e a un significativo risparmio di materie prime.

Un team di ricercatori dell'Istituto di Tecnologia del Dipartimento di Architettura dell'ETH di Zurigo sta sviluppando un sistema integrato di supporto per i pavimenti. L'obiettivo è quello di affrontare e, in ultima analisi, ridurre il contributo significativo dell'industria delle costruzioni alle emissioni globali di gas serra e al rapido esaurimento delle risorse naturali. Gli elementi portanti di un edificio multipiano rappresentano fino al 50% della sua energia grigia. E negli edifici di dieci o più piani, fino all'80% del peso della struttura portante deriva dai solai, solitamente in cemento armato. Un sistema di solai efficiente dal punto di vista dei materiali potrebbe ridurre in modo significativo l'energia grigia delle aree edificate nelle città in rapida crescita del pianeta. Inoltre, l'ottimizzazione dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento ridurrebbe in modo significativo il consumo di energia per il funzionamento degli edifici.

Il Block Research Group sta sviluppando pavimenti per funicolari con nervature irrigidite costituite da gusci a doppia curvatura che resistono efficacemente ai carichi sotto pressione. Inoltre, le sollecitazioni vengono assorbite esternamente attraverso le connessioni, anziché attraverso rinforzi in acciaio incorporati. Ciò consente una massiccia riduzione fino al 70% del calcestruzzo non necessario. La geometria della struttura portante determina inoltre carichi estremamente ridotti, anche nelle aree molto sottili, consentendo l'uso di materiali più deboli, come il calcestruzzo riciclato. Scavando la soletta - lasciando solo il tessuto edilizio necessario per un efficiente trasferimento delle forze sotto pressione - è possibile far passare tubi, cavi e sistemi meccanici attraverso volumi del pavimento prima inaccessibili.

La cattedra di architettura e sistemi costruttivi si occupa di ricerca sui sistemi energetici e climatici per gli edifici e sulla loro integrazione negli elementi sponsor. L'obiettivo è aumentare l'efficienza e ridurre il fabbisogno di spazio e i costi. Nell'ambito di questa ricerca, si studia in particolare l'integrazione di un'estensione tridimensionale ottimizzata di un sistema HVAC ibrido di raffreddamento e riscaldamento a induzione in geometrie di pavimenti funicolari. Le sinergie con la progettazione strutturale si ottengono sfruttando le cavità e le proprietà geometriche del pavimento, che consentono una conduzione efficiente dell'aria e dell'acqua per il trasporto del calore e la fornitura di aria. Questa progettazione ottimizzata dei flussi è possibile grazie alla flessibilità della stampa 3D.

A causa della complessa geometria strutturale e dell'elevato livello di integrazione, la produzione di questi solai in calcestruzzo comporterebbe in genere soluzioni di casseratura ad alta intensità di materiali e di costi. Sarebbero inoltre necessarie complesse operazioni di montaggio e smontaggio. In collaborazione con la cattedra di Tecnologie digitali per l'edilizia, si stanno quindi studiando nuove ed efficienti soluzioni di casseratura basate sulle più moderne tecnologie di stampa 3D. L'obiettivo è quello di sviluppare casseforme personalizzate a parete sottile, adatte sia ai sistemi di tubature interne che alla parte inferiore visibile del pavimento.

Il prototipo di questo pavimento funicolare funzionalmente integrato, esposto nel padiglione dell'ETH di Zurigo al World Economic Forum (WEF) 2019 di Davos, è una soluzione efficiente resa possibile dalla geometria strutturale, dall'integrazione dei sistemi di costruzione, da metodi di produzione efficienti e dalla ricerca collaborativa nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerca Digital Fabrication (NCCR DFAB). Il prototipo intende dimostrare l'enorme potenziale di questi nuovi componenti edilizi quando si tratta di affrontare e superare le sfide che l'industria delle costruzioni sta già affrontando oggi e che affronterà ancora di più in futuro.