Cucinella: «Ecco come con il 3D abbiamo creato una casa in terra cruda»

Terra, acqua, aria e sole, elementi naturali che uniti diventano altro: rifugio, abitazione. Si parla spesso di ecosotenibilità ma il concetto del prototipo TECLA si può sintetizzare nella frase "dalla terra si può tornare alla terra in qualsiasi istante".

Disegnato da Mario Cucinella Architects, ingegnerizzato e realizzato da WASP, TECLA è il primo prototipo di abitazione eco-sostenibile, interamente stampata in 3D.

Costruita a Massa Lombarda, in provincia di Ravenna, Tecla oggi è diventata realtà.

Per realizzarla, nulla è stato lasciato al caso: dal mix-design della miscela a base di terra cruda, alla composizione degli strati della struttura a forma di cupola, fino allo studio scrupoloso dei parametri ambientali per adattare il progetto a qualsiasi clima.

L'intervista all'Architetto Mario Cucinella e all'Architetto Irene Giglio, progettista del prototipo.

TECLA - External view - Mario Cucinella Architects (Render)

Tecla: la prima casa stampata in 3D interamente in terra cruda è diventata realtà

MC A - Mario Cucinella Architects - e WASP - World’s Advanced Saving Project - hanno completato TECLA - Technology and Clay -, il primo modello innovativo di abitazione ecosostenibile stampato in 3D interamente in terra cruda locale.

Nata da un progetto di Mario Cucinella - Fondatore e Direttore Creativo di Mario Cucinella Architects - e da una visione di Massimo Moretti - Fondatore di WASP -, TECLA risponde alla sempre più impellente emergenza climatica, al bisogno di abitazioni sostenibili a km 0 e al grande tema globale dell’emergenza abitativa cui si dovrà fare fronte, specie nei contesti di crisi generati ad esempio dalle grandi migrazioni o da catastrofi naturali.

La costruzione TECLA, il cui nome richiama una delle città invisibili immaginate da Italo Calvino, è la dimostrazione di come sia possibile combinare l’innovazione tecnologica della stampa in 3D con il rispetto dell’ambiente, senza produrre alcuna forma di scarto.

Nell'innovativo modello circolare di abitazione confluiscono le ricerche sulle pratiche costruttive vernacolari, lo studio del clima e dei principi bioclimatici, l’uso di materiali naturali e locali. È un progetto a emissioni quasi zero, il suo involucro e l’utilizzo di un materiale totalmente locale ha permesso di ridurre sprechi e scarti. Questo e l'uso della terra cruda fanno di TECLA un esempio pionieristico di abitazione a basse emissioni di carbonio. 

«Il progetto risale a qualche anno fa, in un periodo in cui si parlava molto di case stampate e WASP aveva appena sviluppato la tecnica costruttiva realizzando il prototipo GAIA - ha spiegato l’architetto Mario Cucinella - il valore aggiunto del progetto è che non serve trasportare materiali, perché sono già tutti in loco, alla fine si tratta di recuperare la terra del posto. Inoltre la tecnologia della stampante è molto leggera, si tratta di una trave americana in alluminio con un ugello e una vasca. La sfida più importante è stata attribuire a un progetto tecnico un’anima che si ricollega alla storia dell’architettura. Con TECLA abbiamo stampato una casa che è antica come il mondo con una tecnica molto innovativa. Ancora una volta, è il pensiero architettonico olistico che fa la differenza con la tecnologia».

Ma TECLA non è solo la combinazione tra un’evoluta tecnologia costruttiva e l’intuizione architettonica.

Il progetto infatti, racchiude il vero significato della parola sostenibilità, un termine che oggi è così diffuso e abusato che facilmente finisce per svuotarsi della sua vera essenza.

«Si parla tanto di sostenibilità, ma devo dire che sto cercando di raccontare una storia diversa - ha spiegato Cucinella - questa parola andrebbe usata con molta cautela, oggi è sfruttata e banalizzata e non la si dovrebbe usare come declinazione di qualunque cosa. Questo progetto rappresenta un’innovazione ma soprattutto un punto fermo sul concetto di sostenibilità: materie che si trovano sul luogo, tecnologia leggera e qualità del progetto che viene studiato per adattarsi a molteplici condizioni ambientali. Sono questi i principi che fondano la sostenibilità, il resto è mercato. Le case di TECLA nascono con la terra e ritornano alla terra e durante la loro vita non inquinano. In molte parti del mondo esistono ancora edifici simili che hanno 1.500 anni e non generano conseguenze ambientali».

Un chiaro esempio di economia circolare: una casa costruita in un posto dove tornerà quando avrà finito il suo ciclo di vita. 

«Inoltre questo primo passo aprirà scenari grazie ai quali potremo costruire con più attenzione al clima e alla materia, che in tanti Paesi del mondo manca - ha aggiunto Cucinella - le case in terra potrebbero anche essere la soluzione abitativa per accogliere gli sfollati che hanno bisogno di un tetto in seguito a un terremoto». 

Ritratto Mario Cucinella - by Amedeo Turello

Il 3D Printing è pronto a rivoluzionare il mondo dell’edilizia residenziale?

«Secondo me non è pronto, però è l’inizio di un’avventura - ha continuato Cucinella - il 3D Printing trova risposta in alcuni segmenti, a esempio i micro oggetti e l’artigianato oppure per realizzare componenti di un edificio adattati alle sue diverse parti, perché invece di lavorare sulla serialità, una stampante evoluta può stampare pezzi diversi allo stesso prezzo e velocità».

La ricerca tecnologica di WASP e la stampa 3D di terra a Km0

La ricerca di WASP, specializzata nel 3D printing di terra a Km0, ha portato alla tecnologia di stampa 3D collaborativa denominata Crane WASP, la prima al mondo modulare e multilivello progettata per costruire in maniera collaborativa opere edilizie.

TECLA è dunque il primo modello innovativo di abitazione costruito impiegando simultaneamente due bracci stampanti sincronizzati nell’ambito di una costruzione, il tutto grazie ad un software in grado di ottimizzare i movimenti evitando collisioni e garantendo l’operatività in simultanea. Il sistema viene configurato in base alle esigenze di progetto e definisce la struttura di un cantiere sicuro ed efficiente. Ogni unità stampante ha una superficie di stampa pari a 50 metri quadrati e rende quindi possibile la costruzione di moduli abitativi indipendenti, in pochi giorni.

«TECLA dimostra che una casa bella, sana e a basso impatto può essere costruita da una macchina informando la materia che si trova sul posto. TECLA è il dito che indica la Luna. La Luna è la casa come diritto di nascita per ogni uomo sulla terra. Possibile già adesso da TECLA in avanti» ha commentato Massimo Moretti, fondatore di WASP.

Le fasi progettuali e i dettagli tecnici del progetto TECLA

Arch. Giglio, il progetto TECLA è partito nel 2019, a che punto siamo?

«TECLA è nato come progetto di ricerca degli studenti di SOS - School of Sustainability, centro di formazione post-laurea fondato dall’architetto Cucinella e che lavora in sinergia con lo studio MC A – Mario Cucinella Architects. Dopo una prima fase volta alla ricerca, abbiamo iniziato con la stampa in 3D di un Mockup, ossia uno spicchio della struttura a grandezza naturale che ci ha aiutato a capire le sfide che avremmo dovuto affrontare durante la stampa reale. Il modello, avendo ormai due anni in più rispetto alla struttura reale, continua a fornirci molte preziose informazioni sul comportamento dei materiali. Le finiture sono realizzate con intonaco a base naturale e anche gli arredi sono progettati e prodotti secondo i principi dell’economia circolare».

Quali sono le dimensioni del prototipo e com'è fatto?

«È un’abitazione di circa 60 metri quadrati formata da due cupole, suddivise in una zona giorno e una notte con bagno. Il progetto è modulare ed è formato da varie cupole unite da selle che possono adattarsi a seconda delle necessità di chi le abita aggiungendo ulteriori moduli. Siccome è un progetto parametrico, è pensato affinché possa essere customizzato a seconda delle richieste e del contesto in cui viene costruito. Ad esempio, si può variare la composizione del muro che è formato da uno strato ventilante e uno isolante che insieme contribuiscono alla massa termica dell’involucro che è molto massivo perché i muri alla base hanno uno spessore di oltre 60 centimetri. Tutto il pacchetto murario può cambiare a seconda delle condizioni climatiche del luogo in cui viene realizzato, proprio grazie al fatto che il progetto è parametrico e si possono controllare le prestazioni facilmente. Tutti i parametri confluiscono nello script che dà vita alla casa che diventa così un’opera unica per il luogo e per il tipo di abitanti». 

TECLA - Prototype made with multi-3D printer WASP_N 

TECLA: la miscela a base di terra e la sicurezza strutturale

La terra è la materia prima con cui sono state realizzate le abitazioni, come si è arrivati a sviluppare una miscela adatta alla stampa e in grado di garantire sicurezza e integrità strutturale?

«L’elaborazione della miscela è stato un passaggio fondamentale del progetto. All’inizio abbiamo fatto sperimentazioni utilizzando campioni con oltre il 30 per cento d’acqua: un vantaggio dal punto di vista dell’estrudibilità, ma un problema sotto l’aspetto della velocità di presa, perché la posa degli strati veniva rallentata dai tempi di attesa necessari per l’asciugatura dei layer. La consulenza di Mapei è stata fondamentale per studiare un mix-design con una reologia idonea alla fase di stampa e composta da una bassa percentuale, meno del cinque per cento, di additivo con fluidificante. Dal punto di vista strutturale, la scelta della forma a cupola non è stata casuale, trattandosi di un materiale che resiste essenzialmente a compressione. Oltretutto, non doveva essere solo la forma finita a reggere per compressione, ma anche tutti i layer separatamente durante la fase di costruzione». 

Quali componenti costituiscono la miscela? 

«Come dicevo, siamo partiti da una miscela empirica con un’alta percentuale di acqua per poi arrivare a un composto di terreno, quindi argilla, limo, sabbia, lolla di riso e l’additivo sviluppato con Mapei. A questo poi si aggiungerà un intonaco esterno, sempre a base naturale, per rendere impermeabile l’involucro ed evitare possibili problemi dovuti a infiltrazioni d’acqua e condensa».

TECLA - Internal view - Mario Cucinella Architects_N 

Quanto tempo ha richiesto al stampa dell’abitazione e quanta materia prima è servita?

«La stampa è iniziata a luglio del 2020 e si è conclusa tre mesi dopo, a settembre. Un tempo più lungo di quello effettivamente necessario, ma semplicemente perché, trattandosi di un prototipo, la posa di ogni strato è servita ad apportare migliorie al processo costruttivo. In realtà le ore di stampa sono state 200, quindi all’incirca otto giorni di lavoro considerando che la macchina può stampare 24 ore su 24 e sette giorni a settimana. Mentre per completare l’edificio sono stati utilizzati 60 metri cubi di materiale. Per quanto riguarda i costi non è ancora stata fatta una stima esatta, per certo sappiamo che la componente della materia prima incide davvero poco, dal momento che si trova in loco. Ciò consente di abbattere i costi legati al trasporto dei materiali ed inviare in loco un semplice container con la stampante e altri pochi elementi come gli infissi. Il resto dei costi è dovuto alla presenza di manodopera specializzata in grado di controllare le macchine, ma andando nella direzione di una tecnologia sempre più sviluppata, si può arrivare a prezzi veramente ridotti».

Sono state fatte verifiche di durabilità dei materiali?

«Oltre al Mockup iniziale, sono state fatte altre prove come la stampa di una parte di parete che abbiamo lasciato alle intemperie il cui lato trattato con il sistema di impermeabilizzazione di Mapei si sta comportando molto bene».

Comfort ed efficienza energetica

Si tratta di abitazioni efficienti dal punto di vista bioclimatico, di salubrità degli ambienti e di efficienza energetica?

«È un sistema molto efficiente perché i muri sono spessi e la terra ha una grande inerzia termica, in più è formata da diversi strati. Lo strato più interno è riempito con paglia e lolla di riso che lavorano come isolante e lo strato esterno, essendo formato da una serie di camini di ventilazione che conferiscono la tipica increspatura, crea l’effetto ventilante e allo stesso tempo di auto-schermatura dell'involucro. Inoltre, dato che la facciata è parametrica, è possibile stabilire la dimensione delle increspature che saranno più pronunciate a Sud che a Nord, ad esempio. Grazie alla ricerca, abbiamo sviluppato uno studio sull’ottimizzazione della dimensione dei due strati a seconda del clima. Ad esempio, in un clima umido dove c’è bisogno di molta ventilazione e poca inerzia termica, perché altrimenti la terra si bagnerebbe con l’umidità, la massa termica è ridotta e la parte ventilante più accentuata. Invece, in climi molto freddi dove c’è bisogno di massimizzare la radiazione solare sull’involucro, l’increspatura è minima, con un ampio layer isolante e un ridotto strato di ventilazione. In questo modo l’edificio diventa altamente efficiente per lo specifico clima per cui è progettato».

A cosa è dovuta la scelta della forma circolare? 

«Oltre che a un’esigenza di tipo strutturale, la scelta è dovuta alla conformazione della macchina stampante che è una sorta di esagono, per cui è la geometria massima che si può realizzare, ciò non vuol dire che non si possa pensare ad altre forme».

I dettagli del sistema impiantistico e le fondamenta 

Per quanto riguarda le fondamenta e l’impiantistica, che soluzioni avete adottato?

«Anche le fondamenta sono state stampate, abbiamo realizzato una sorta di trave rovescia sotto al muro e il terreno è stato compresso. Per quanto riguarda gli impianti, devo dire che la soluzione della stampa 3D è stata particolarmente efficiente. Fin dall’inizio i dettagli del sistema impiantistico sono stati inclusi nello script e così è bastato creare tasche apposite, senza il bisogno di fare tracce. Inoltre, una volta che la costruzione avrà raggiunto il suo ciclo di vita, cavi e tubazioni potranno essere semplicemente sfilati. La possibilità di estrarre tutto rende l’involucro pulito, così, giunto a fine vita può tornare alla natura per completare il suo ciclo». 

Quale sarà il futuro del prototipo costruito a Massa Lombarda?

«La volontà di MC A e WASP e quella di dare la possibilità di toccare con mano cosa significhi vivere all’interno di una casa fatta di terra e allo stesso tempo dimostrare che realizzare abitazioni con la stampa 3D non è un sogno ma è strada esplorabile. Dato il periodo e la situazione Covid però non sappiamo quando sarà possibile visitare il prototipo TECLA».

Irene Giglio 

Tecla: la soluzione ideale per abitazioni temporanee

Un’abitazione realizzata con queste tecniche che tipo di applicazione trova?

«TECLA sarebbe ideale per realtà temporanee ma non è pensata solo con questo fine. Prendiamo come esempio i moduli prefabbricati che servono per accogliere chi è rimasto senza casa dopo un terremoto, si tratta di strutture composte di pannelli sandwich che come sappiamo, nell’arco di qualche anno devono essere smaltiti creando grande quantità di rifiuti. Una soluzione come TECLA potrebbe rappresentare una soluzione non solo più accogliente e confortevole, ma soprattutto più vicina all’ambiente».