Le strutture adattive riducono l’impronta di carbonio degli edifici

Con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale del settore delle costruzioni, gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato un metodo per progettare e controllare le strutture civili che sono in grado di adattarsi automaticamente al carico.

Per affrontare le attuali sfide ambientali l’industria delle costruzioni deve trovare nuovi modi di costruire. Partendo da qui gli scienziati dell’EPFL – École polytechnique fédérale de Lausanne -hanno studiato un nuovo metodo per progettare le strutture in modo che possano adattarsi automaticamente al carico.

“L’industria delle costruzioni è il maggior consumatore di materie prime e rappresenta oltre un terzo della domanda globale di energia”, sottolinea Gennaro Senatore, scienziato del Laboratorio di calcolo e meccanica applicata (IMAC) dell’ENAC e responsabile del progetto di ricerca. “Gli ambienti costruiti sono responsabili fino al 40-50% delle emissioni totali di CO2 per tutta la loro vita utile”.

Questa cifra è in parte dovuta alle tradizionali pratiche di progettazione applicate alla maggior parte delle strutture di ingegneria civile che generalmente sono progettate per resistere agli eventi di carico peggiori- che in pratica si verificano molto raramente: forti venti, terremoti e tempeste di neve.

La risposta sviluppata dai ricercatori sta nelle strutture adattive che, a fronte di condizioni di carico variabili, sono in grado di adattarsi per garantire che i requisiti di robustezza e manutenibilità siano soddisfatti, funzionando meglio e in modo più sostenibile rispetto alle strutture passive convenzionali.

Il criterio di progettazione adottato in questo lavoro è la minimizzazione del fabbisogno energetico delle strutture per l’intero ciclo di vita, che comprende sia l’energia utilizzata per il funzionamento che quella per i materiali e la costruzione.

Adattamento alle mutevoli condizioni di carico

Il team IMAC ha sviluppato un prototipo dalla forma di passerella che si adatta all’aumento oltre una certa soglia del carico che può sopportare, cambiando forma.

Il sistema di controllo integrato comprende una serie di sensori, unità e attuatori che controllano il movimento della struttura a seconda dell’intensità del carico applicato.

Arka Prabhata Reksowardojo, assistente di dottorato presso l’IMAC, che ha dedicato la sua tesi di dottorato a questo progetto spiega che “Le unità di controllo elaborano le informazioni ricevute dai sensori, dando il comando agli attuatori di estendersi e contrarsi, modificando così la forma della struttura al variare del carico esterno”.

La passerella è lunga 6,6 m, larga 1 m e profonda solo 16 cm. “Ha una configurazione molto snella con un rapporto luce/profondità tre volte superiore a quello delle strutture convenzionali”, spiega Reksowardojo, “Più alto è il rapporto, più la struttura si deforma – come un righello di plastica che si piega nelle nostre mani. La capacità di ridurre le deflessioni attraverso il controllo attivo consente di realizzare nuovi tipi di strutture come edifici e ponti adattativi super sottili”.

Le strutture adattive ben progettate rappresentano un’importante opportunità nel settore delle costruzioni, richiedono infatti minori risorse di materiale ed energia, pur soddisfacendo i requisiti di sicurezza, gli studi hanno infatti dimostrato che le strutture prodotte con questo metodo consentono di ottenere fino al 70% di risparmio energetico. Gli edifici alti e sottili potrebbero trarre particolare vantaggio da questo approccio, offrendo nuove possibilità di ottimizzare lo spazio nelle città ad alta densità.

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