Stampa 3D: Phoenix, il nuovo ponte in cemento nato dall'evoluzione del prototipo Striatus

La geometria è la forza di questo ponte

Striatus è una ponte in muratura ad arco composta da blocchi di cemento stampati in 3D assemblati senza malta o rinforzo.

"Il nome 'Striatus' riflette la logica strutturale e il processo di fabbricazione del ponte." ha dichiarato Philippe Block, co-direttore del Block Research Group all'ETH di Zurigo. "Nelle strutture ad arco e a volta, il materiale è posizionato in modo tale che le forze in gioco possano lavorare insieme sugli appoggi solo a compressione. Gli sforzi si creano attraverso la geometria, utilizzando solo una frazione dei materiali utilizzati nelle tradizionali travi in calcestruzzo. Questo, inoltre, apre un un'ampia gamma di opportunità per costruire con minori resistenze in un modo più ecologico”.

La struttura in calcestruzzo non armato del ponte raggiunge la forza attraverso la sua geometria. Il calcestruzzo può essere considerato una pietra artificiale che offre le migliori prestazioni in compressione. Nelle strutture ad arco e a volta, il materiale può essere posizionato con precisione in modo che le forze possano viaggiare ai supporti in pura compressione.

La geometria biforcuta dell'impalcato di Striatus risponde alle condizioni del sito. La forma funicolare dei suoi archi strutturali è stata definita da tecniche di analisi limite e metodi di equilibrio, come l'analisi della rete di spinta, originariamente sviluppata per la valutazione strutturale delle volte storiche in muratura; il suo profilo a mezzaluna racchiude le linee di spinta che tracciano le forze di compressione attraverso la struttura per tutti i casi di carico.

I tiranti in acciaio assorbono la spinta orizzontale degli archi. I cuscinetti in neoprene posizionati tra i blocchi assemblati a secco evitano le concentrazioni di stress e controllano le proprietà di attrito delle interfacce, riprendendo l'uso di lastre di piombo o malta morbida nella costruzione storica in muratura.

In pianta, i confini della struttura formano archi profondi che trasferiscono i carichi orizzontali (ad esempio, dai visitatori appoggiati alle balaustre) ai supporti in pura compressione. La modellazione avanzata degli elementi discreti (DEM) è stata utilizzata per perfezionare e ottimizzare la stereotomia dei blocchi e per verificare la stabilità dell'intero assieme in casi di carico estremo o cedimenti differenziali dei supporti.

I 53 conci 3DCP del ponte sono stati prodotti utilizzando strati di stampa non paralleli ortogonali al flusso di forze dominante. Questo evita la delaminazione tra gli strati di stampa poiché i conci sono tenuti insieme in sola compressione. Il processo di produzione additiva assicura che la profondità strutturale dei componenti possa essere raggiunta senza produrre blocchi con una sezione solida, riducendo così la quantità di materiale necessaria rispetto ai metodi di fabbricazione sottrattiva o alla fusione.

Striatus segue la logica strutturale della muratura su due livelli. Nel complesso, il ponte si comporta come una serie di archi a cono inclinati non armati, con discretizzazioni ortogonali al flusso dominante delle forze di compressione, seguendo gli stessi principi strutturali dei ponti romani ad arco in pietra. Localmente, al livello del cono, gli strati 3DCP si comportano come una tradizionale muratura in mattoni evidente nelle file inclinate di mattoni all'interno di volte nubiane o messicane.

Poiché la costruzione non necessita di malta, i blocchi possono essere smontati e il ponte rimontato in luoghi diversi. Se la costruzione non è più necessaria, i materiali possono essere semplicemente separati e riciclati.

Grazie all'uso di tecnologie avanzate, dalla progettazione e ingegneria computazionale alla produzione robotica, Striatus fa rivivere le tecniche tradizionali dei maestri costruttori.

“Striatus poggia le sue radici sulle spalle dei giganti: fa rivivere tecniche ancestrali del passato, trasportando la logica strutturale del 1600 nel futuro attraverso le tecniche di computazione digitale, ingegneria e robotica nelle tecnologie di produzione" ha dichiarato Shajay Bhooshan, Head of CODE, gruppo di ricerca Computation and Design di Zaha Hadid Architects. "La sua qualità tattile, estetica e la forza riflettono la visione dell nostro partner principale Patrik Schumacher secondo cui la bellezza è una promessa di prestazioni".

Nuove frontiere nell'uso del calcestruzzo

Design e metodo di fabbricazione innovativo e sostenibile. Striatus è un ponte "ecologicamente responsabile" progettato per posizionare il materiale solo dove necessario, riducendo notevolmente il suo impatto ambientale.

Costruito senza rinforzo e utilizzando l'assemblaggio a secco senza leganti, può essere riutilizzato ripetutamente.

Infinite possibilità del calcestruzzo stampato in 3D secondo Holcim

“Striatus dimostra le infinite possibilità del calcestruzzo stampato in 3D per realizzare strutture sempre più sostenibili, veloci ed efficaci, senza nessun tipo di compromesso sugli aspetti estetici e funzionali." ha affermato Jan Jenisch, CEO di Holcim. "Il suo design digitale e circolare fa il miglior uso possibile del calcestruzzo, attraverso un quantitativo minimo di materiale e la realizzazione di blocchi che possono essere ripetutamente riassemblati e riutilizzati all’infinito”.

Lucio Greco, Country Manager di Holcim Italia dichiara “Siamo orgogliosi di far parte di un gruppo così all’avanguardia nell’ambito dell’edilizia sostenibile orientata al progresso e in grado di fornire soluzioni ecologiche ed innovative per costruire un presente ed un futuro che migliorino la qualità della vita di tutti. E allo stesso modo siamo orgogliosi di veder realizzato Striatus nella favolosa cornice italiana della Biennale di Venezia".

Striatus è una struttura complessa resa possibile da un inchiostro specifico, progettato su misura e appartenente alla gamma TectorPrint di Holcim, sviluppata dal suo team di ricerca dedicato alla stampa in 3D del calcestruzzo. Stabilisce un punto basilare per costruire il futuro utilizzando tecnologie avanzate che vanno dalla progettazione computazionale alla stampa di calcestruzzo in 3D. La prossima generazione di inchiostri potrà includere le soluzioni ecologiche per il settore delle costruzioni di Holcim, dal suo calcestruzzo verde ECOPact al suo cemento ecologico ECOPlanet, fino agli scarti da costruzione e demolizione.

 

Striatus è stato inserito all'interno della mostra “Time Space Existence”,
ospitata dal Centro Culturale Europeo (ECC) presso i Giardini della Marinaressa, durante la Biennale di Architettura di Venezia del 2021

Nuovo Ponte Phoenix a Lione, nato dall'evoluzione di Striatus

Basandosi sulle innovazioni del ponte Striatus, Phoenix è costruito con 10 tonnellate di materiali riciclati, compresi aggregati provenienti dai blocchi originali di Striatus. Utilizzando la sua tecnologia circolare ECOCycle®, Holcim ha sviluppato un elemento di calcestruzzo per Phoenix che incorpora una formulazione ottimizzata a basso tenore di carbonio con un'impronta di CO2 inferiore del 40% rispetto al ponte Striatus del 2021 e un'impronta complessiva di carbonio inferiore del 25% rispetto alla struttura originale.

La costruzione circolare, utilizzando il design computazionale e la stampa 3D, consente una riduzione fino al 50% dei materiali utilizzati senza compromettere le prestazioni. Circolare per design, Phoenix si sostiene unicamente attraverso la compressione senza rinforzo, con blocchi che possono essere facilmente smontati e riciclati.

Costruito presso l'Hub dell'Innovazione di Holcim, a Lione, Phoenix è una collaborazione tra Holcim, il Block Research Group presso l'ETH di Zurigo, il Gruppo di Calcolo e Design di Zaha Hadid Architects (ZHA CODE) e incremental3D.

Stampa 3D e circolarità per ridurre le emissioni di carbonio nel settore delle costruzioni

Dimostrando la costruzione circolare combinata con la stampa 3D di calcestruzzo offre significative riduzioni di carbonio, il ponte Phoenix è l'ultimo traguardo raggiunto da Holcim e dai suoi partner nel loro lavoro per sviluppare soluzioni strutturali a basso tenore di carbonio a ogni scala.

Edelio Bermejo, Responsabile della Ricerca e Sviluppo Globale di Holcim: “Sono entusiasta di svelare Phoenix, risultato di una fruttuosa collaborazione con i nostri partner per raggiungere un obiettivo comune: dimostrare che le infrastrutture essenziali possono essere progettate e costruite in modo circolare e a basso tenore di carbonio oggi. Questo progetto mostra l'impatto che l'innovazione può avere nella missione di Holcim di decarbonizzare la costruzione per un futuro a emissioni zero.”

Philippe Block, Co-Direttore del Block Research Group presso l'ETH di Zurigo: “Il calcestruzzo è una pietra artificiale e, come la pietra, non vuole essere una trave retta, vuole essere un arco in muratura. Seguire questi principi storici ci permette di mantenere i materiali separati per un facile riciclo e di assemblare a secco la struttura per una facile destrutturazione e riutilizzo. La stampa 3D di calcestruzzo ci permette di utilizzare il materiale solo ed esattamente dove necessario. Il risultato è un approccio sostenibile e veramente circolare alla costruzione in calcestruzzo.”

Shajay Bhooshan, Responsabile del Gruppo di Calcolo e Design di Zaha Hadid Architects: “Phoenix è un traguardo significativo nella preparazione della tecnologia. Mostra la maturazione delle tecnologie integrate dalla progettazione alla costruzione che sono state avviate con Striatus. Ci sono stati miglioramenti nella robustezza degli strumenti di progettazione digitale, una più stretta correlazione con i numerosi miglioramenti legati alla progettazione strutturale e alla circolarità, un'integrazione più stretta con i parametri di stampa del calcestruzzo robotizzato e una calibrazione estensiva per migliorare l'efficienza della produzione di quasi il doppio del numero di blocchi in meno tempo di stampa.”

Johannes Megens, Co-Fondatore di incremental3D: “Grazie ai suoi principi di progettazione, Striatus rappresentava già la stampa di calcestruzzo in 3D nella sua forma più pura possibile. Ora, dopo due anni e nella sua seconda iterazione, Phoenix aggiunge un'impronta di carbonio notevolmente ridotta e una permanenza in conformità con i codici edilizi insieme a molti altri miglioramenti. Di conseguenza, noi del team di incremental3D, siamo molto entusiasti di Phoenix e non vediamo l'ora di molti altri progetti che evolveranno con spirito simile.”