I 4 punti di forza che sfideranno il calcestruzzo e renderanno intelligenti le costruzioni

Cosa impedisce a un ponte di durare il più a lungo possibile e di essere sostenibile? Qual è il suo peggiore nemico? La risposta è semplice: lo stesso ponte con il suo peso proprio.

I ponti e gli edifici, se sono costruiti con i processi tradizionali, sono così sovraccarichi di energia e materiale da risultare per natura insostenibili.

Anche se il calcestruzzo è uno dei capisaldi delle costruzioni moderne, non vuol dire che sia il migliore materiale da costruzione: è sensibile all’inquinamento, si fessura, si macchia e collassa come conseguenza di pioggia e anidride carbonica. Inoltre, è un peso morto. Un esempio? Il grattacielo chiamato Millennium Tower a San Francisco, che pende e sta sprofondando.

Le costruzioni moderne e intelligenti possono fare di meglio, e lo faranno, grazie alla convergenza di un insieme di tecnologie che presto cambierà radicalmente il modo di costruire e i materiali utilizzati. Un cambiamento olistico verso nuovi materiali, produzione additiva, robot e una nuova generazione di cervelli artificiali (inclusi gli FPGA, o dispositivi Field Programmable Gate Array) porterà nuova vita nel settore delle costruzioni. La combinazione di questi quattro punti di forza guiderà l’industria delle costruzioni attraverso un cambiamento radicale, permettendo la realizzazione di città più intelligenti e sostenibili.

Provate a immaginare se i robot per le costruzioni possedessero l’intelligenza necessaria per infondere funzionalità intelligenti nei materiali per l’edilizia. Se, ad esempio, siete seduti in una stanza e sentite troppo caldo, il vostro disagio non troverà una risposta, non ci sarà nulla che capisca di che cosa avete bisogno, finché non sarete voi ad abbassare il termostato. Ma se la camera fosse costruita con un materiale composito intelligente, il muro si comporterebbe come una pelle in grado di percepire il vostro umore e di reagire con voi.

Per ponte o strada intelligente si possono intendere molte cose: possono essere intelligenti perché la tecnologia dell’Internet delle cose (IoT) li rende reattivi; oppure perché sono sostenibili, magari perché sono stati costruiti con tessuti evoluti composti da fibre naturali ingegnerizzate anziché con calcestruzzo e tondini di acciaio.

Per ottenere reattività si deve incorporare la multifunzionalità nel ponte o nella strada: non sarebbe molto più efficiente stampare in 3D una canalizzazione per il passaggio dei cavi in una trave da ponte piuttosto che aggiungere un cablaggio esterno come processo secondario durante la costruzione? Perché non integrare la funzionalità in un unico processo?

Con la produzione additiva la complessità del progetto non è mai una problema. L’uso di robot e della stampa 3D ha reso possibile la realizzazione di infrastrutture intelligenti (ponti, strade o case) in modi che con la fabbricazione manuale non era neanche possibile immaginare. Per tradizione le persone tendono a costruire strutture ortogonali, basate su angoli retti; i robot per la stampa 3D invece non hanno questi preconcetti e vincoli tipicamente umani.

I progetti per le costruzioni di domani useranno materiali più flessibili: sostanze ingegnerizzate, come fibra di carbonio e polimeri, o materiali naturali come seta e cotone. Ci saranno molte più alternative sostenibili, leggere ed economiche al pesante e rigido calcestruzzo. Questi materiali all’avanguardia sono già usati per realizzare allestimenti futuristici e veicoli ad alte prestazioni, come gli yacht stampati in 3D.

Integrando i sensori all’interno di materiali più leggeri e dalle maggiori potenzialità, in grado di portare con sé delle informazioni e anche di accumulare energia come una batteria, si darà vita a questa nuova generazione di costruzioni. Al contrario del calcestruzzo, i materiali compositi con FPGA incorporati sono continui e sostenibili. Con la stampa 3D, i sensori e i cavi possono essere incorporati durante il processo costruttivo, per dare a travi da ponte, strade, case e strutture la capacità di autocontrollarsi, misurando temperatura, pressione e altri parametri proprio come fa il sistema nervoso umano. Queste strutture possono anche comunicare e autoripararsi come fa il corpo umano, il che darebbe come risultato una vita più lunga per gli edifici.

Bill Kreysler, presidente di Kreysler & Associates, ha già sperimentato questo tipo di materiale reattivo, quasi vivo, con Archways Digital, una sua filiale. Grazie a Kreysler, che ha iniziato la sua carriera come costruttore di barche a vela da competizione, oggi la fibra di vetro è un materiale da costruzione di uso comune.

I materiali compositi hanno anche avuto un’importanza centrale per l’industria automobilistica in continua evoluzione, che usa materiali leggeri e sintetici per ridurre drasticamente il peso dei veicoli e le loro emissioni.

Allo stesso tempo, le potenzialità della risposta di questi materiali (simile a quella biologica) rendono il confronto con la pelle ancora più calzante. Con l’aumento delle capacità sensoriali, gli edifici saranno capaci di adattarsi istantaneamente alle variazioni ambientali: le pareti del futuro si comporteranno come materiali biologici, che “guariscono” da soli quando vengono danneggiati.

Supponiamo che stiate costruendo un edificio con un materiale in fibra intelligente, e che la fibra contenga una qualche resina, un po’ come il vostro sangue. All’interno della resina ci sarà una microbolla di sostanza epossidica non indurita; una volta rotta, la sostanza verrà a contatto con l’aria e inizierà ad ossidarsi. Un processo del genere può sigillare le fessure, reagendo proprio come il corpo umano, che innesca una reazione chimica per avviare la guarigione di una ferita.

Come nella pelle, i sensori meccanici si comporteranno come terminazioni nervose che permetteranno un continuo adattamento. Molti esperimenti di calcestruzzo autoriparante hanno già dimostrato che questa idea sta mettendo radici, ma l’uso di blocchi costruttivi in materiali compositi farà evolvere ulteriormente il concetto, e in modo molto più sostenibile.

Anche se può sembrare fantascienza, questa tecnologia è già realtà oggi. E con l’aiuto dell’uomo queste idee, che sembrano improbabili, potrebbero invece diventare realtà nell’arco di un decennio. Ma perché questo tipo di costruzioni avanzate possa imporsi su quelle tradizionali, l’industria deve iniziare a sperimentare, realizzando costruzioni significative per mostrare che progetti del genere sono possibili. Applicando nuove idee sulle facciate e su altri componenti strutturali non essenziali, Kreysler e altri innovatori come lui riescono a dimostrare che questi tipi di progetti sono sicuri, sostenibili, affidabili ed efficienti.

Per mostrare quello che è possibile domani, l’industria delle costruzioni deve realizzare oggi infrastrutture educative e informative. I progressi del futuro si realizzeranno solo quando i costruttori comprenderanno appieno le potenzialità del presente.