O primeiro modelo de habitação eco-sustentável impresso em 3D inteiramente a partir de terra crua local, TECLA (um nome derivado dos termos "tecnologia" e "barro") é um protótipo de casa que integra investigação, práticas de construção vernáculas, estudos climáticos e princípios bioclimáticos.
A impressão 3D é uma indústria e uma tecnologia que só recentemente entrou no mundo da arquitetura. Mas tem-no feito a um ritmo acelerado, com empresas de todo o mundo a oferecerem serviços de impressão de edifícios utilizando uma variedade de materiais, prometendo projectos únicos e, muitas vezes, acesso a práticas de construção económicas e com baixas emissões de carbono. No entanto, continuam a existir obstáculos, incluindo os custos dos materiais e a reformulação dos códigos de construção regionais. Por isso, a indústria da impressão 3D ainda tem um pouco de caminho a percorrer antes de começar a resolver questões como a acessibilidade económica em grande escala.
"Este projeto não é uma solução. É uma experiência", diz o arquiteto Mario Cucinella, sobre a casa TECLA, o primeiro modelo de habitação impresso em 3D inteiramente a partir de terra crua local. "Mas primeiro temos de admitir que não existe um edifício com emissões líquidas nulas". O que ele quer dizer é que todos os actos de construção, grandes ou pequenos, têm impacto no ambiente e requerem algum nível de energia não renovável: para extrair recursos, para construir e para manter ao longo do tempo. Apesar de os arquitectos poderem não conseguir atingir o valor zero, práticas como a de Cucinella tentam aproximar-se.
Cucinella passou grande parte da sua carreira a dedicar-se à investigação e ao design relacionados com este tema. Fundou a sua empresa, Mario Cucinella Architects (MCA), em Paris, em 1992. Atualmente, o gabinete está sediado em Bolonha e Milão e é composto por mais de 100 profissionais especializados em projectos que integram estratégias ambientais inovadoras, recorrendo a uma unidade interna de investigação e desenvolvimento. O gabinete tem uma colaboração contínua com a Fundação School of Sustainability (SOS), que oferece programas baseados na investigação centrada em questões ambientais, também fundada por Cucinella.
Construído num local numa comuna de Ravenna, Itália, o protótipo de habitação TECLA é o resultado de uma colaboração entre a MCA, a SOS e um terceiro, o World's Advanced Saving Project, ou WASP. A WASP é uma empresa pioneira em tecnologia de impressão 3D que constrói casas feitas de materiais naturais. O nome da empresa italiana é inspirado na vespa-dos-poleiros, uma espécie de inseto que constrói intrincados ninhos de lama.
A TECLA foi concebida como uma resposta às emergências habitacionais geradas pela migração em massa e pelas catástrofes naturais. É, em parte, um modelo de casa e, em parte, um projeto científico. A sua estrutura e cor peculiares podem ser comparadas a uma colmeia, ou talvez a uma abóbora. Qualquer que seja a sua semelhança, a forma é decididamente orgânica. E conseguiu o que se propôs - ou seja, utilizar materiais inteiramente locais para reduzir significativamente os resíduos e a energia incorporada. Ao fazê-lo, Cucinella ganhou o direito de se referir ao TECLA como um projeto de "emissões quase nulas".
A flexibilidade da impressão 3D
Entre as vantagens oferecidas pela impressão 3D está a sua flexibilidade na criação de formas. Os parâmetros de conceção e de construção da impressão 3D com terra dependem das características do material e da sua velocidade de fixação. "Com as actuais tecnologias de impressão 3D, é o material que indica o caminho a seguir. É o material que sugere a morfologia final do edifício", diz Cucinella. No caso do TECLA, a inclinação máxima das superfícies abobadadas, por exemplo, e o desenho do seu enchimento de alvenaria, foram ditados pelos comportamentos técnicos da mistura, a sua resistência, bem como as modificações efectuadas durante o tempo de cura. A tecnologia de impressão específica utilizada informou a pegada da TECLA, bem como a necessidade de aberturas no centro das cúpulas para remover as impressoras.
O MCA estudou a forma do edifício em função do clima e da latitude. A envolvente em cúpula foi optimizada parametricamente para equilibrar três parâmetros relacionados com o clima: a ventilação, assegurada pelas cavidades de uma camada exterior de terra impressa; o isolamento térmico, obtido através do enchimento das cavidades interiores da terra impressa com casca de arroz, um subproduto industrial; e a massa térmica, controlada pela profundidade das nervuras exteriores. Segundo os arquitectos, estes factores podem ser adaptados a diferentes contextos ambientais para garantir o conforto interior. A composição e a forma do TECLA dependeriam, portanto, teoricamente, da localização geográfica em que fosse construído. No caso de um clima húmido, por exemplo, a massa térmica aumentaria com nervuras mais espaçadas e uma camada de ventilação mais espessa. Num clima mais frio, a camada isolante tornar-se-ia dominante.
Uma forma "honesta
O projeto assume uma forma orgânica, uma composição de duas cúpulas que, através de uma curva senoidal sinuosa e ininterrupta, culminam em duas clarabóias circulares. Os arquitectos derivaram a geometria e a forma das cumeeiras exteriores, com base na necessidade de alcançar um equilíbrio estrutural tanto durante a fase de impressão como após a conclusão. Cucinella refere-se a ela como "uma forma honesta, uma forma sincera". Com uma área de cerca de 60 metros quadrados, a casa é composta por uma zona de estar com cozinha e uma zona nocturna com zona de dormir e casa de banho. O mobiliário é também parcialmente impresso em terra local e integrado na estrutura de terra crua, e parcialmente concebido para ser reciclado ou reutilizado.
Conceção da mistura
O MCA colaborou com a Mapei, uma das maiores empresas italianas de materiais de construção, para conceber a mistura de terra para impressão. "O desafio era obter um material que combinasse o desempenho técnico, como a resistência à compressão e a velocidade de presa, com um baixo teor de aditivos para manter o solo o mais natural possível", segundo os arquitectos.
A mistura resultante contém dois aditivos químicos: uma pequena percentagem de cimento que é utilizada para melhorar o desempenho estrutural e a durabilidade, e um aditivo desenvolvido pela Mapei que permite melhorar a resistência e a estanquidade à água. Os outros aditivos são naturais: palha de arroz, casca de arroz e areia siliciosa. O componente principal da mistura é, naturalmente, a terra filtrada, que possui características únicas que determinam o sistema de filtragem, o equipamento de mistura e o projeto específico da mistura.
Pormenorização com terra
A fundação do TECLA é a única parte do protótipo totalmente impressa em betão. "A impressão 3D permite a otimização do betão, mantendo excelentes níveis de resistência estrutural", segundo a MCA. O resultado é uma conceção da fundação que produz um impacto ambiental reduzido (as fundações são tipicamente pesadas em termos de betão e, por conseguinte, estão entre os componentes mais poluentes dos edifícios). Os arquitectos conceberam uma solução para ancorar as primeiras camadas da cúpula à fundação utilizando tubos metálicos.
Todos os pontos onde existe uma ligação entre paredes impressas em 3D e componentes não terrestres, incluindo janelas, portas e mobiliário, são considerados pontos críticos. "A diferença de comportamento entre materiais é algo que precisa de ser profundamente estudado para evitar possíveis problemas. Quando trabalhamos com o solo, temos de ter em conta que estamos a trabalhar com um material vivo", segundo o MCA.
Devido ao carácter experimental do protótipo, as propriedades térmicas, estruturais e de estanquidade não foram objeto de certificação. O protótipo não inclui impermeabilização, por exemplo, devido às características climáticas para as quais foi projetado e construído. A caixilharia das janelas foi, no entanto, concebida para proteger adequadamente contra a intrusão da chuva e para manter uma componente de troca de ar no topo da cúpula.
Construído à velocidade
O WASP utilizou dois braços impressores sincronizados em simultâneo, accionados através de um software capaz de otimizar os movimentos, evitar colisões e assegurar um funcionamento ágil. Cada unidade de impressão tinha uma área de impressão de 50 metros quadrados.
As impressoras colocam a mistura a uma velocidade que permite construir o módulo habitacional numa questão de dias. Cada casa TECLA pode ser entregue no prazo de 200 horas após a impressão. O módulo é composto por 350 camadas totais de extrusões de terra dispostas em faixas de 12 milímetros, o que equivale a cerca de 150 quilómetros de material impresso. A casa utiliza 60 metros cúbicos de materiais naturais para um consumo médio de menos de 6 kW.
Para além da impressão, o projeto exigiu a instalação de uma série de outros produtos. A TECLA tem portas e janelas fabricadas pela Capoferri Serramenti, acessórios em madeira pela Imola Legno e assentos em cartão reciclado pela Officine Tamborrino.
