Primo modello di abitazione ecosostenibile stampato in 3D interamente con terra cruda locale, TECLA (nome derivato dai termini "tecnologia" e "argilla") è un prototipo di casa che integra ricerca, pratiche costruttive vernacolari, studi climatici e principi bioclimatici.
La stampa 3D è un'industria e una tecnologia che si è fatta strada solo di recente nel mondo dell'architettura. Ma lo ha fatto a un ritmo rapido: in tutto il mondo sono nate aziende che offrono servizi di stampa di edifici utilizzando una serie di materiali, promettendo progetti unici e, spesso, l'accesso a pratiche costruttive economiche e a basse emissioni di carbonio. Tuttavia, rimangono degli ostacoli, tra cui i costi dei materiali e la riscrittura dei regolamenti edilizi regionali. L'industria della stampa 3D ha ancora un po' di strada da fare prima di iniziare a risolvere problemi come l'accessibilità economica su larga scala.
"Questo progetto non è una soluzione. È un esperimento", afferma l'architetto Mario Cucinella, a proposito della casa TECLA, il primo modello di abitazione stampato in 3D interamente con terra cruda locale. "Ma prima dobbiamo ammettere che non esiste un edificio a zero emissioni". Ciò che intende dire è che tutti gli atti di costruzione, grandi o piccoli, hanno un impatto sull'ambiente e richiedono un certo livello di energia non rinnovabile: per estrarre le risorse, per costruire e per mantenere nel tempo. Sebbene gli architetti non siano in grado di raggiungere lo zero netto, pratiche come quella di Cucinella mirano comunque ad avvicinarsi.
Cucinella ha dedicato gran parte della sua carriera alla ricerca e alla progettazione su questo tema. Ha fondato il suo studio Mario Cucinella Architects (MCA) a Parigi nel 1992. Oggi lo studio ha sede a Bologna e a Milano ed è composto da oltre 100 professionisti specializzati nella progettazione che integra strategie ambientali innovative, avvalendosi di un'unità di ricerca e sviluppo interna. Lo studio ha una collaborazione continuativa con la Fondazione School of Sustainability (SOS), che offre programmi di ricerca incentrati sulle tematiche ambientali, anch'essa fondata da Cucinella.
Costruito in un sito in un comune di Ravenna, in Italia, il prototipo abitativo TECLA è il risultato di una collaborazione tra MCA, SOS e una terza parte, World's Advanced Saving Project, o WASP. WASP è un'azienda all'avanguardia nella tecnologia di stampa 3D che costruisce case in materiali naturali. Il nome dell'azienda italiana si ispira alla vespa vasaia, una specie di insetto che costruisce intricati nidi di fango.
TECLA è stata concepita come risposta alle emergenze abitative generate da migrazioni di massa e disastri naturali. È in parte una casa modello, in parte un progetto scientifico. La sua particolare struttura e il suo colore potrebbero essere paragonati a un alveare, o forse a una zucca. Qualunque sia la somiglianza, la forma è decisamente organica. E ha raggiunto l'obiettivo che si era prefissato: utilizzare materiali interamente locali per ridurre in modo significativo i rifiuti e l'energia incorporata. Così facendo, Cucinella si è guadagnato il diritto di definire TECLA un progetto "a emissioni quasi zero".
La flessibilità della stampa 3D
Tra i vantaggi offerti dalla stampa 3D c'è la sua flessibilità nella realizzazione di forme. I parametri di progettazione e costruzione per la stampa 3D con la terra sono funzione delle caratteristiche del materiale e della sua velocità di impostazione. "Con le attuali tecnologie di stampa 3D, è il materiale che indica la strada da seguire. È il materiale che suggerisce la morfologia finale dell'edificio", afferma Cucinella. Nel caso di TECLA, l'inclinazione massima delle superfici a cupola, ad esempio, e il design del suo riempimento in muratura sono stati dettati dai comportamenti tecnici dell'impasto, dalla sua resistenza e dalle modifiche apportate durante il tempo di indurimento. La specifica tecnologia di stampa utilizzata ha determinato l'ingombro di TECLA e la necessità di aperture al centro delle cupole per rimuovere le stampanti.
MCA ha studiato la forma dell'edificio in relazione al clima e alla latitudine. L'involucro a cupola è stato ottimizzato parametricamente per bilanciare tre parametri legati al clima: la ventilazione, garantita dalle cavità di uno strato esterno di terra stampata; l'isolamento termico, ottenuto riempiendo le cavità interne della terra stampata con lolla di riso, un sottoprodotto industriale; la massa termica, controllata dalla profondità delle nervature esterne. Secondo gli architetti, questi fattori potrebbero essere adattati a diversi contesti ambientali per garantire il comfort interno. La composizione e la forma di TECLA dipenderebbero quindi, in teoria, dalla posizione geografica in cui viene costruito. Nel caso di un clima umido, ad esempio, la massa termica aumenterebbe con nervature più distanziate e uno strato ventilante più spesso. In un clima più fresco, lo strato isolante diventerebbe dominante.
Una forma "onesta
Il progetto ha una forma organica, una composizione di due cupole che, attraverso una curva sinuosa e ininterrotta, culminano in due lucernari circolari. Gli architetti hanno derivato la geometria e la forma delle creste esterne, basandosi sulla necessità di raggiungere l'equilibrio strutturale sia durante la fase di stampa che dopo il completamento. Cucinella la definisce "una forma onesta, una forma sincera". Con una superficie di circa 60 metri quadrati, la casa comprende una zona giorno con cucina e una zona notte con zona notte e servizi igienici. Anche gli arredi sono in parte stampati in terra locale e integrati nella struttura in terra cruda, e in parte progettati per essere riciclati o riutilizzati.
Progettazione dell'impasto
MCA ha collaborato con Mapei, una delle maggiori aziende italiane di materiali da costruzione, per progettare il conglomerato per la stampa della terra. "La sfida era quella di avere un materiale che combinasse prestazioni tecniche come la resistenza alla compressione e la velocità di presa con un basso contenuto di additivi per mantenere il terreno il più naturale possibile", secondo gli architetti.
L'impasto risultante contiene due additivi chimici: una piccola percentuale di cemento, utilizzata per migliorare le prestazioni strutturali e di durabilità, e un additivo sviluppato da Mapei che consente di migliorare la resistenza e l'impermeabilità. Gli altri additivi sono naturali: paglia di riso, lolla e sabbia silicea. Il componente principale dell'impasto è, ovviamente, la terra filtrata, che presenta caratteristiche uniche che determinano il sistema di filtraggio, l'attrezzatura di miscelazione e il progetto specifico dell'impasto.
Dettagli con la terra
Le fondamenta di TECLA sono l'unica parte del prototipo stampata completamente in calcestruzzo. "Secondo MCA, la stampa 3D consente di ottimizzare il calcestruzzo mantenendo eccellenti livelli di resistenza strutturale. Ciò si traduce in un progetto di fondazione che ha un impatto ambientale ridotto (le fondazioni sono tipicamente pesanti in termini di cemento e quindi tra i componenti più inquinanti degli edifici). Gli architetti hanno progettato una soluzione per ancorare i primi strati della cupola alle fondamenta utilizzando tubi metallici.
Tutti i punti di connessione tra le pareti stampate in 3D e i componenti non terrestri, tra cui finestre, porte e mobili, sono considerati punti critici. "La differenza di comportamento tra i materiali è un aspetto che deve essere studiato a fondo per prevenire eventuali problemi. Quando lavoriamo con il suolo, dobbiamo tenere presente che stiamo lavorando con un materiale vivo", secondo MCA.
A causa della natura sperimentale del prototipo, le proprietà termiche, strutturali e di tenuta all'acqua non sono state sottoposte a certificazione. Il prototipo non include l'impermeabilizzazione, ad esempio, a causa delle caratteristiche climatiche per cui è stato progettato e costruito. L'intelaiatura delle finestre è stata comunque progettata per proteggere adeguatamente dall'intrusione della pioggia e per mantenere una componente di ricambio d'aria nella parte superiore della cupola.
Costruito in velocità
WASP utilizzava due bracci di stampa sincronizzati simultaneamente, guidati da un software in grado di ottimizzare i movimenti, evitare le collisioni e garantire un funzionamento snello. Ogni unità di stampa aveva un'area di stampa di 50 metri quadrati.
Le stampanti hanno impostato l'impasto a una velocità che ha permesso di costruire il modulo abitativo in pochi giorni. Ogni casa TECLA può essere consegnata entro 200 ore dalla stampa. Il modulo è composto da 350 strati totali di estrusi di terra disposti in fasce di 12 millimetri, pari a circa 150 chilometri di materiale stampato. La casa utilizza 60 metri cubi di materiali naturali per un consumo medio inferiore a 6 kW.
Oltre alla stampa, il progetto ha richiesto l'installazione di una manciata di altri prodotti. TECLA presenta porte e finestre prodotte da Capoferri Serramenti, arredi in legno di Imola Legno e sedute in cartone riciclato di Officine Tamborrino.
