Cas­se­ri in car­ta per ele­men­ti in cal­cestruz­zo

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Il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo e l’industria del cemento è responsabile di circa l’8 % delle emissioni globali di CO₂.¹ Poiché la popolazione mondiale è destinata ad avvicinarsi ai 10 miliardi di persone entro il 2050,² la domanda di nuovi edifici è destinata ad aumentare significativamente nei prossimi decenni. Considerata la durabilità del calcestruzzo e il suo ruolo ­strutturale, il suo impiego su larga scala appare difficilmente evitabile. Questa situazione evidenzia l’urgenza di ridurre il consumo di materiali e i relativi impatti ambientali attraverso una progettazione strutturale più efficiente.

In Italia, gli anni Quaranta e Cinquanta furono caratterizzati da un’intensa stagione di sperimentazione strutturale guidata da ingegneri come Pier Luigi Nervi, Aldo Favini, Riccardo Morandi e Sergio Musmeci. Il loro lavoro poneva grande enfasi sull’ottimizzazione strutturale nel calce­struzzo armato, dando spesso origine a strutture altamente espressive ed efficienti dal punto di vista materiale. Progetti emblematici, come la copertura in calcestruzzo piegato 
progettata da Morandi per la Chiesa di San Luca Evangelista in via Gattamelata a Roma (1956), dimostrano come geometrie piegate complesse consentissero una significativa riduzione dell’uso di materiale. Nonostante i vantaggi tecnici e architettonici, tali sistemi furono progressivamente abbandonati a causa dell’elevato fabbisogno di manodopera associato a casseforme complesse, dell’aumento dei costi del lavoro e della crescente accessibilità economica dei materiali da costruzione. Nel contesto dell’attuale crisi climatica, tuttavia, questi approcci riacquistano una nuova attualità, evidenziando la necessità di ripensare i processi costruttivi e l’impiego delle risorse per ridurre l’impatto ambientale delle strutture in calcestruzzo.

Foldcast è un progetto di ricerca avviato nel 2022 presso l’Accademia di architettura di Mendrisio, Università della Svizzera italiana (AAM) che affronta questa sfida attraverso lo sviluppo di casseforme in carta fabbricate digitalmente per la costruzione in calcestruzzo. Combinando metodi di progettazione computazionale con macchine digitali, Foldcast consente la produzione di elementi in calcestruzzo non standard e strutturalmente ottimizzati utilizzando casseforme in carta leggere, riutilizzabili e facilmente riciclabili. Questo approccio dimostra che è possibile ottenere riduzioni significative del volume di calcestruzzo e dell’impronta di carbonio mantenendo al contempo la compatibilità con i processi costruttivi consolidati.

Tecnologie digitali per casseforme riciclabili

Foldcast utilizza carta e cartone come materiale principale per le casseforme grazie al suo basso costo, alla sua ampia disponibilità, alla sua duttilità e alla sua riciclabilità. Strumenti computazionali personalizzati sono impiegati per derivare i pattern di piegatura direttamente da geometrie strutturalmente ottimizzate. Questi pattern vengono pre­tagliati digitalmente da fogli piani di carta e cartone e 
successivamente piegati manualmente per formare inserti tridimensionali di casseratura. I componenti della casseratura piegata vengono poi inseriti all’interno di telai in legno reimpiegabile e utilizzati per il getto del calcestruzzo.

La casseratura assemblata integra una superficie in carta idrofobica rivestita in silicone con una sottostruttura in cartone che consente l’alloggiamento dell’armatura standard e l’utilizzo di calcestruzzo autocompattante convenzionale. Dopo l’indurimento, viene rimossa e riciclata solo la pelle in carta, mentre la sottostruttura in cartone può essere riutilizzata più volte.³ Il sistema di casseratura proposto è compatibile con processi di prefabbricazione comunemente utilizzati nel settore delle costruzioni, e applicazioni per getti in opera sono attualmente in fase di sviluppo.

Gli elementi strutturali prodotti con questo metodo raggiungono prestazioni portanti equivalenti a quelle degli elementi in calcestruzzo convenzionali, richiedendo tuttavia circa il 30-50 % di calcestruzzo in meno. Tutti gli elementi progettati sono pienamente conformi alle normative edilizie svizzere (SIA).

Progettazione strutturale ottimizzata

La tecnologia è stata validata attraverso due casi studio prefabbricati: un sistema di solaio nervato in calcestruzzo, denominato SlabX, e una scala in calcestruzzo ottimizzata, denominata Vertebra.

SlabX impiega una configurazione di nervature a forma di X che combina le caratteristiche dei tradizionali solai nervati e dei waffle slabs, garantendo al contempo un trasferimento efficiente dei carichi attraverso uno strato superiore di calcestruzzo gettato in opera. Progettato secondo la norma SIA 262 utilizzando calcestruzzo C30/37 e armatura B500B, il sistema è stato testato in collaborazione con part­ner accademici e industriali, utilizzando calcestruzzo autocompattante con aggregati riciclati (fig. 1). L’analisi del ciclo di vita ha indicato una riduzione di circa il 25 % dell’impatto ambientale, insieme a una significativa riduzione della quantità di armatura rispetto ai solai pieni convenzionali.⁴ Test di getto ripetuti hanno confermato l’accuratezza geometrica della casseratura in carta piegata e la sua riutilizzabilità entro le tolleranze standard del settore.

La seconda applicazione ha riguardato la progettazione e la realizzazione di Vertebra, un sistema di scala prefabbricata composto da singoli gradini dotati di estensioni laterali a forma di ala (fig. 2). Gli elementi vengono assemblati in cantiere in una struttura monolitica mediante un riempimento in calcestruzzo. Le prove strutturali condotte secondo gli standard europei (EN 12390-5) hanno dimostrato prestazioni portanti adeguate. I risultati dell’analisi del ciclo di vita hanno evidenziato una riduzione del 35 % dell’impatto ambientale rispetto alle scale prefabbricate convenzionali, oltre a consistenti risparmi nel volume di calcestruzzo e nel materiale per la casseratura.⁵

Verso una costruzione in calcestruzzo a basse emissioni di carbonio

Integrando tecnologie digitali nei processi convenzionali di prefabbricazione, Foldcast adotta un approccio incrementale all’innovazione che riduce le barriere alla sua adozione industriale. Grazie a strumenti computazionali sviluppati ad hoc, architetti e ingegneri possono esplorare un’ampia gamma di geometrie efficienti che storicamente risultavano difficili da progettare e realizzare.

Concepita inizialmente come progetto di ricerca accademico, la tecnologia è attualmente in fase di trasferimento verso l’implementazione industriale attraverso una startup dedicata,⁶ focalizzata sullo sviluppo di elementi prefabbricati in calcestruzzo ottimizzati, tra cui solai, facciate, scale, arredi esterni e applicazioni di getto in opera.⁷

In un momento in cui il settore delle costruzioni è sottoposto a una crescente pressione per ridurre la propria impronta ambientale, risultano fondamentali soluzioni sca­labili che combinino efficienza dei materiali, flessibilità progettuale e fattibilità industriale. L’approccio Foldcast dimostra come casseforme in carta riciclabile, supportate da tecnologie digitali emergenti, possano consentire la realizzazione di strutture in calcestruzzo ad alte prestazioni con basse emissioni di carbonio, ampliando al contempo le possibilità del progetto architettonico.

Note 

1. Flatt, Robert J.,Nicolas Roussel, & Christopher R. Cheeseman. «Concrete: An eco material that needs to be improved», Journal of the European Ceramic Society, (2012) doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.11.012.
2. UN Department of Economic and Social Affairs. World Population Prospects: The 2017 Revision. United Nations, New York, 2017.
3. Amicarelli, Fabio, & al. Build with Less: Precast Ribbed Concrete Slab Made with Paper Formwork. In corso di revisione per la pubblicazione (2026)
4. Amicarelli, Fabio, & al. Build with Less: Precast Ribbed Concrete Slab Made with Paper Formwork. In corso di revisione per la pubblicazione (2026)
5. Amicarelli, Fabio, Elia Quadranti, Christian Paglia, Eleni Vasiliki Alexi, Inés Ariza, Megi Sinani, Fabio Gramazio, Matthias Kohler, & Ena Lloret-Fritschi. «Advancing Precision: Less Concrete, More Innovation in Staircase Design». In Dagmar, Reinhardt, & al. ARCHITECTURAL INFORMATICS. Proceedings of the 30^th CAADRIA Conference, Tokyo, 22–29 March 2025, Volume 2, CUMINCAD (2025), 357–366.
6. «Foldcast. Less Concrete, More Design», https://foldcast.com/.
7. Amicarelli, Fabio, Elia Quadranti, & Ena Lloret-Fritschi. «Meno cemento, più innovazione». Archi, no. 6, 2024,10–14