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Maggio 2020 I 7 minuti I Materiale di sottofondo
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Il calcestruzzo viene utilizzato da ben 2.000 anni per realizzare edifici monumentali.
Un esempio particolarmente imponente è il Pantheon a Roma: troneggia con una cupola che, con i suoi 43 metri di diametro, ad oggi è la più grande cupola di calcestruzzo non rinforzata del mondo.
Anche il più grande anfiteatro del mondo, il Colosseo a Roma, è stato reso immortale con il materiale da costruzione usato dai Romani. L'Opus Caementicium, come si chiamava il calcestruzzo ai tempi dei Romani, era più robusto, più resistente alla compressione e più duro di quello odierno. Ciò era dovuto agli speciali cristalli di alluminio e tobermorite presenti nel tufo e nella cenere vulcanica che venivano aggiunti al calcestruzzo.
Come tante interessanti scoperte dell'antichità, anche il calcestruzzo è caduto nell'oblio durante il Medioevo ed è stato riscoperto soltanto intorno al 1700.
Oggi il calcestruzzo non deve essere soltanto resistente, deve essere anche leggero, facile e veloce da lavorare e per alcuni progetti addirittura trasparente:
Un'evoluzione del tutto particolare della tecnologia del calcestruzzo degli ultimi anni è rappresentata dal calcestruzzo traslucido. Tra strati di calcestruzzo fine viene inserito un tessuto speciale composto da fibre ottiche luminose disposte in modo uniforme. Quanto più questi strati vengono posizionati alternati, tanto maggiore è la quantità di luce che penetra attraverso il blocco di calcestruzzo.
E poiché le fibre ottiche luminose possono condurre la luce attraverso il calcestruzzo senza perdite, anche una parete spessa può essere abbastanza «trasparente» per permettere di riconoscere la luce, le ombre e i colori che l'attraversano. Le possibilità d'impiego sono molteplici, poiché nonostante il legame con le superfici del tessuto, questo tipo di calcestruzzo raggiunge la stessa solidità del calcestruzzo ad alta resistenza. In questo modo è possibile dotare di luce anche i vani sprovvisti di finestre come gli uffici, le aree wellness o le palestre.
E che cosa ci riserva il futuro? Una delle tendenze più importanti del 2020 è rappresentata sicuramente dal calcestruzzo autorigenerante. Scoprite maggiori informazioni nel nostro articolo «5 tendenze del settore edile a partire dal 2020».
Questo tipo di calcestruzzo si distingue per ottime caratteristiche di scorrevolezza e si autocompatta semplicemente grazie alla forza di gravità. Ciò permette costruzioni completamente nuove, ad es. progetti edili con forma complessa o «sfavorevole», cioè con angoli appuntiti o rotonda.
Inoltre il calcestruzzo autocompattante permette di risparmiare tempo nel processo di costruzione poiché è possibile rinunciare alla posa in opera a strati e alla compattazione – e il tempo nel settore dell'edilizia è un bene molto prezioso.
Il calcestruzzo altamente resistente presenta una resistenza alla compressione particolarmente elevata, è più spesso ed è quindi solitamente anche più resistente alle sollecitazioni chimiche. Oltre a un'elevata resistenza alle sollecitazioni, si distingue anche per una lunga durata. Nella costruzione di ponti, strade e gallerie questo vero e proprio tuttofare tra i vari tipi di calcestruzzo permette di risparmiare materiale e, di conseguenza, tempo e denaro. Persino i manufatti in calcestruzzo delle costruzioni off-shore resistono a condizioni atmosferiche estreme. Dal punto di vista architettonico il calcestruzzo ad alte prestazioni è particolarmente interessante. Grazie all'elevata resistenza alle sollecitazioni, apre possibilità di utilizzo del tutto nuove e sottilissime.
Abbandoniamo quindi l'idea di un blocco di calcestruzzo come emblema del Brutalismo: oggi il calcestruzzo ha una struttura filigranata.
A proposito: quanto più il calcestruzzo è filigranato, tanto meno spazio rimane per i fissaggi. Una soluzione è offerta dalle nostre guide di ancoraggio HAC-CP, così come gli inserti cast-in.
La lavorazione del calcestruzzo avviene notoriamente per colata in un telaio o in una cassaforma.
Tuttavia, oggigiorno tecniche innovative nel settore dell'edilizia ne consentono un uso più semplice e versatile. Due nuovi metodi di lavorazione sono al centro dell'attenzione: stampaggio e lavorazione a maglia.
Forse sapevate che la stampa 3D sta diventando sempre più importante in quasi tutti i settori dell'economia. Ciò che invece potrebbe sorprendere più d’uno è la possibilità di stampare interi edifici. La prima tipografia industriale in 3D in Europa è stata inaugurata ufficialmente nel gennaio del 2019 a Eindhoven, NL. Ciò che sembra fantascienza, presenta però vantaggi tangibili: a rendere così interessante lo stampaggio del calcestruzzo è la diminuzione del lavoro. Vengono meno, ad es., le casseforme che normalmente devono essere montate. In un settore dominato dalle scadenze come l'edilizia questo è un punto importante.
Con il processo di stampa 3D diminuiscono inoltre la quantità di calcestruzzo necessario rispetto alla lavorazione in getti, e quindi, le emissioni di CO2 che con questo materiale per l'edilizia sono in realtà molto elevate,. Dal punto di vista architettonico è interessante il fatto che finalmente nelle strutture in calcestruzzo gli angoli retti non sono più obbligatori. Il progetto pilota di Eindhoven ne è un esempio lampante. Il progetto prevede lo stampaggio di un intero insediamento completamente privo di angoli e spigoli.
Il calcestruzzo a maglia, unione di due concetti finora raramente usati insieme, descrive oggi due diverse possibilità promettenti di lavorare il calcestruzzo. Mariana Popescu, del PFZ di Zurigo, per prima ideò il metodo «KnitCrete», in cui un tessuto lavorato a maglia in base a un algoritmo funge da cassaforma per una costruzione in calcestruzzo – una cassaforma molto più leggera, più facile da realizzare e che permette un maggiore risparmio di materiale rispetto a quelle tradizionali.
La KnitCandela nel Museo Universitario Arte Contemporáneo (MUAC) di Città del Messico è una costruzione in calcestruzzo di 5 tonnellate retta da una cassaforma a maglia del peso di soli 55 chilogrammi e da funi di acciaio in tensione.
Tuttavia, l’espressione «lavorare a maglia il calcestruzzo» può anche essere presa alla lettera:
In uno studio sui materiali dell’Accademia d’arte Weißensee di Berlino, la studentessa Anne-Kathrin Kühner, sotto la guida della Prof.ssa Christiane Sauer, ha ideato un filato formato da un calcestruzzo composito che può essere lavorato come un filato tessile.
Il punto forte è che il calcestruzzo altamente resistente rimane elastico all'interno di un tubolare di tessuto finché non viene bagnato. Solo allora si indurisce formando l'innovativo filato di calcestruzzo. Grazie a questa tecnica, la forza di compressione del calcestruzzo si unisce alle forze di trazione di un tessuto. Attraverso vari metodi di lavorazione come la tessitura, la lavorazione a maglia o l'annodatura è possibile realizzare strutture sia di forma stabile sia flessibili. Ne è un esempio eloquente il tappeto mobile di calcestruzzo.
A proposito: naturalmente anche in futuro non sarete costretti a lavorare a maglia per dar forma al calcestruzzo. Se seguite il metodo tradizionale, i prodotti per la costruzione di casseforme di Hilti vi offrono un valido aiuto.
Oltre a ghiaia, sabbia e acqua il calcestruzzo è composto principalmente da cemento, che tiene insieme il mix dei materiali. Questo materiale fa del calcestruzzo un generatore di CO2. La produzione di cemento unisce ben due processi a elevato rilascio di emissioni: da un lato, la combustione di calcare in clinker cementizio a una temperatura molto elevata di 1450° C. La sola generazione di tali temperature rilascia enormi quantità di gas serra. Dall'altro, il calcare durante la combustione si disacidifica, liberando così una quantità ancora maggiore di CO2. Nel complesso, la produzione di cemento a livello mondiale è responsabile dell'emissione di una quantità di CO2 pari a quella dell'India, il terzo Paese al mondo in termini di emissioni di CO2.
Che cosa si può fare quindi per produrre un prodotto versatile e indispensabile come il calcestruzzo con un minore impatto sul clima? Proprio in vista del boom edilizio atteso nei prossimi due anni in Africa e in Asia, questa questione della compatibilità climatica rivestirà un ruolo centrale.
Ecco 4 approcci promettenti:
I ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) separano il calcare in CO2 ad alta concentrazione e in calce idrata priva di carbonio. La calce idrata viene mischiata con sabbia nel forno e trasformata in cemento senza rilasciare CO2. La CO2 ad alta concentrazione risultante dalla prima fase può essere trasformata in carburante sintetico, ghiaccio secco o anidride carbonica senza penetrare nell'atmosfera. Se per i processi di separazione e combustione si impiega energia pulita, il procedimento può essere addirittura quasi a emissioni zero.
Questo procedimento è molto promettente. Attualmente i ricercatori lavorano alacremente per rendere il metodo applicabile a livello industriale su larga scala. A lungo termine ciò offrirà una via d'uscita affidabile dalla «trappola climatica» rappresentata dal cemento.
Anche i ricercatori della Far Eastern Federal University in Russia si occupano di scoprire con quali strategie sia possibile produrre il cemento con un minore impatto ambientale. Essi hanno sfruttato le conoscenze della geologia tecnica, in breve geonimetica, per ottimizzare la miscela dei materiali: ovvero studiano le caratteristiche prodotte da determinate pietre, ghiaie e sabbie da determinate zone estrattive. Inoltre al posto dell'acqua viene aggiunto un fluidificante speciale.
I ricercatori hanno trovato una strategia supplementare nella miscelazione del calcestruzzo: grazie a betoniere a grandissima velocità il tempo di miscelazione si riduce. Ciò permette di risparmiare circa il 70% dei costi dell'energia.
Di conseguenza, il calcestruzzo da loro sviluppato non è solo più rispettoso dell'ambiente, ma a temperature inferiori al punto di congelamento mostra anche una resistenza e una forza decisamente migliori.
Le bottiglie di plastica usate possono rinforzare il calcestruzzo? Due studenti del MIT (Massachusetts Institute of Technology) hanno dimostrato che funziona.
Nell'ambito del loro progetto di ricerca hanno trattato le comuni bottiglie PET con raggi gamma innocui, modificando le molecole dei polimeri a sufficienza per stabilizzare il materiale. Ridotto in polvere e miscelato al cemento è stato prodotto un tipo di calcestruzzo fino al 20% più stabile rispetto al calcestruzzo tradizionale. Questa miscela consentirebbe di costruire in futuro fondamenta, ponti e marciapiedi con una maggiore durata. Allo stesso tempo, questo metodo riduce il problema dei rifiuti plastici. E dato che una parte della massa viene sostituita da plastica in polvere, occorre una minore quantità di cemento, che è il vero responsabile dell'impatto climatico nella composizione del calcestruzzo. In questo modo si riduce notevolmente la quantità di CO2 prodotta.
Che cosa si può fare con il calcestruzzo che è già stato prodotto? Uno studio guidato dalla Prof.ssa Andrea Kustermann dell’Università di Scienze Applicate di Monaco ha come obiettivo di scoprire se il calcestruzzo demolito sia riciclabile al 100%. Come oggetto di studio ci si concentra sulla demolizione della «Bayernkaserne» di Monaco, che produce 300 000 tonnellate di macerie di calcestruzzo, mattoni e malta. Il problema è che la separazione dei vari materiali che compongono i rifiuti edili è complicata e molto dispendiosa in termini di tempo. Nel riciclaggio di questa miscela di materiali occorre quindi prestare molta attenzione alla composizione specifica e ai campi d'impiego possibili per il calcestruzzo riciclato.
Come abbiamo visto, gli approcci sono numerosi, non ci resta che sperare che, in vista del futuro boom edilizio e dell’atteso cambiamento climatico le tecnologie rispettose dell'ambiente siano presto pronte per essere lanciate sul mercato e utilizzate.
A proposito: anche Hilti è costantemente impegnata a ridurre l'impronta di CO2 dell'azienda. Per sapere come può riuscirci leggete qui.
Oggi gli edifici in calcestruzzo sono tra gli edifici più interessanti dal punto di vista architettonico. Nell'immagine seguente troverete una selezione degli edifici in calcestruzzo più belli, più interessanti e più audaci realizzati in tutto il mondo.
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