Pre-fabbricazione: verso un’architettura low-carbon scalabile
English version at this link
Nel settore delle costruzioni, il dibattito sulla decarbonizzazione si sta spostando oltre il solo consumo energetico operativo, per concentrarsi sul carbonio incorporato nei materiali e nella logistica. Lo United Nations Environment Programme (UNEP) propone un approccio Avoid-Shift-Improve: evitare estrazioni e produzioni non necessarie, spostarsi verso materiali rigenerativi e migliorare l’impronta di carbonio di quelli convenzionali.1 Nonostante queste strategie chiare, il settore resta fuori rotta, evidenziando sia la difficoltà sia l’urgenza di trasformare il modo in cui costruiamo.
I materiali locali e naturali offrono un enorme potenziale di sostenibilità, ma i loro benefici sono spesso limitati da variabilità in cantiere, intensità di lavoro e inefficienze logistiche.
In questo contesto, la pre-fabbricazione nel settore delle costruzioni sta diventando centrale per affrontare una delle sfide più pressanti: realizzare edifici a basse emissioni di carbonio e alte prestazioni a scala industriale.
A prima vista, il legno sembra un materiale da costruzione ideale: è rinnovabile, disponibile localmente e strutturalmente affidabile. Beneficia inoltre dei processi di prefabbricazione, che accelerano i tempi di costruzione, riducono gli scarti di materiale e garantiscono prestazioni costanti e ripetibili. Tuttavia, il legno da solo non è sufficiente a soddisfare tutti i requisiti prestazionali di edifici residenziali e per uffici. Le sue limitazioni intrinseche, in particolare la bassa massa termica e la sensibilità alle vibrazioni, ne riducono la capacità di rispettare gli standard completi di fisica della costruzione e comfort degli occupanti. La massa termica e acustica gioca infatti un ruolo cruciale nel regolare riscaldamento, ventilazione e raffrescamento, garantendo stabilità termica e comfort acustico.
D’altra parte, il pisé evidenzia la duplice natura di questa transizione, presentando sia sfide significative sia opportunità promettenti. Il materiale possiede proprietà preziose, tra cui elevata massa termica e acustica, capacità di buffering igrotermico, resistenza al fuoco ed energia incorporata eccezionalmente bassa. Ricerche in corso e applicazioni pratiche, ad esempio presso la Technische Universität München (TUM)2 e il Politecnico federale di Zurigo (ETHZ),3 dimostrano come legno e terra compattata possano lavorare in forte sinergia. Combinati, questi materiali si completano a vicenda, migliorando le prestazioni complessive e riducendo al contempo consumo di materiali e impronta di carbonio.
Invece di finire in discarica, la terra estratta può essere riutilizzata come riempimento per solai, offrendo un’alternativa sostenibile. La principale sfida, tuttavia, è la scalabilità: la costruzione in terra battuta rimane laboriosa, e il materiale proviene da contesti geologici diversi, con proprietà molto variabili. Tale eterogeneità naturale rende difficile una standardizzazione completa del prodotto. Rematter dimostra la fattibilità della costruzione strutturale in terra su larga scala senza l’uso di stabilizzatori cementizi. Il sistema consiste in un solaio ibrido prefabbricato, in cui travi e pannelli in legno costituiscono lo scheletro strutturale principale, mentre la terra viene compattata roboticamente direttamente nell’assemblaggio. Questo processo integrato elimina la necessità di casseforme usa e getta e riduce i tempi di compattazione di circa il 75 %. I test sperimentali indicano densità a secco superiori a 2100 kg/m³ e resistenze a compressione maggiori di 2.0 N/mm², confermando che il livello di compattazione raggiunto è sufficiente per soddisfare i requisiti strutturali.4
Lo studio d’architettura Salathé Architekten ha applicato questo approccio in collaborazione con Rematter. Solai ibridi terra-legno sono stati prodotti nello stabilimento Rematter nel canton Argovia per un edificio per uffici a Basilea commissionato da Zoo Basel. Utilizzando terra proveniente da un raggio di 50 km, il sistema ottiene un’impronta carbonica di circa il 20 % in meno rispetto ai solai in calcestruzzo convenzionali con capacità portante equivalente. Il progetto dimostra come la produzione industrializzata possa integrare materiali locali in costruzioni ad alte prestazioni su larga scala.
Industrializzare i sistemi terra-legno non è solo un’ambizione tecnica, ma una sfida sistemica che attraversa scienza dei materiali, logistica e normativa. La variabilità rimane il primo ostacolo: la terra è intrinsecamente eterogenea, con differenze nella mineralogia delle argille, granulometria e altri parametri. Robotica e automazione possono standardizzare densità e geometria, ma la variabilità della materia prima richiede comunque specifiche rigorose e tracciabilità. La terra necessita di metriche proprie: resistenza a compressione, intervallo specifico di umidità e comportamento igrotermico, validate tramite test estensivi.
In fase di realizzazione, soprattutto per le residenze, l’isolamento acustico è un aspetto cruciale. La norma SIA 181 definisce tre livelli di prestazione – minimo, medio e aumentato – con soglie rispettivamente di 58, 53 e 48 dB per il rumore da calpestio. Misurazioni preliminari mostrano che il solaio ibrido terra-legno raggiunge 42 dB, soddisfacendo dunque i requisiti più esigenti. I solai ibridi superano le previsioni per il legno lamellare incrociato, soprattutto perché i modelli di calcolo esistenti tendono a sottostimarne la rigidità.5 Senza standard aggiornati, i progettisti rischiano sovradimensionamenti o dettagli eccessivamente conservativi.
La sicurezza antincendio rappresenta un altro elemento critico, in particolare nelle costruzioni in legno. L’incombustibilità naturale della terra offre una protezione efficace per il legno e, se correttamente progettata, permette alle strutture di raggiungere classificazioni REI60 (R – portanza, E – integrità contro fuoco e fumo, I – isolamento termico per 60 minuti di esposizione al fuoco).6 REI60 è stato dimostrato con successo, mentre REI60 è ora alla portata per componenti strutturali. Il sistema offre inoltre significativi risparmi di carbonio, fino all’80 % rispetto ai solai in calcestruzzo convenzionali, sebbene questi dati richiedano conferma tramite analisi del ciclo di vita comprensive, considerando logistica e riuso a fine vita.
La normativa deve adeguarsi. Standard e regolamenti arretrati rimangono uno dei principali ostacoli all’ingresso sul mercato di materiali da costruzione alternativi e innovativi. Iniziative come l’Innosuisse Flagship project «Think
Earth» mirano ad affrontare questa sfida. L’obiettivo del progetto è di promuovere un cambiamento sistemico nel settore, sviluppando e testando tecniche costruttive innovative con terra e legno in modo estensivo. Particolare attenzione è rivolta alla collaborazione interdisciplinare con oltre 50 partner accademici e industriali, per consentire un rapido trasferimento dalla ricerca alla pratica.
Non si tratta di nostalgia. Combinando risorse locali, fabbricazione robotica e nuovi framework di certificazione, terra compattata e legno possono trasformarsi da materiali artigianali tradizionali in soluzioni ad alte prestazioni e basse emissioni di carbonio. Il terreno sotto i nostri piedi e il know-how tecnico sono pronti: è il momento di sfruttarli su larga scala.
Note
- UNEP. «Building Materials and the Climate: Constructing a New Future». United Nations Environment Programme (2023) https://www.unep.org/resources/report/building-materials-and-climate-constructing-new-future
- Trummer, Julian, & al. «Digital Design and Fabrication Strategy of a Hybrid Timber-Earth Floor Slab», IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 1078, no. 1 (2023), https://doi.org/10.1088/1755-1315/1078/1/012062
- «Think Earth: Regenerative Construction – Innosuisse Flagship Project, Projektbeschreibung», ETH Zürich, https://thinkearth.ethz.ch/
- Bonwetsch, Tobias, & Linus P. Schmitz. «Automated roduction of Hybrid Earth–Timber Floor Slabs – Scaling up Sustainable Construction», IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 1554, no. 1 (2024) https://doi.org/10.1088/1755-1315/1554/1/012067
- Bonwetsch, Tobias, & Linus P. Schmitz. «Automated roduction of Hybrid Earth–Timber Floor Slabs – Scaling up Sustainable Construction», IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 1554, no. 1 (2024) https://doi.org/10.1088/1755-1315/1554/1/012067
- SIA 183:1996 – Brandschutz im Hochbau