La sostenibilità ambientale di un edificio dipende molto dai materiali utilizzati per costruirlo. Il concetto potrebbe sembrare scontato, ma riflettere su questa apparente banalità è un modo per affrontare molte questioni sulla sostenibilità ambientale degli edifici.
Conoscere i materiali utilizzati in architettura è utile per i futuri progettisti, al fine di comprendere come la scelta del materiale da costruzione più adatto alle esigenze dell’edificio, sia un’operazione di primaria importanza, per una corretta progettazione architettonica e tecnologica degli edifici.
La sostenibilità ambientale degli edifici è fondamentale per gli essere umani.
Sono gli esseri umani a vivere ed utilizzare gli edifici. La “materialità” di un edificio ci da la percezione di ciò con cui i nostri corpi entrano in contatto diretto.
Una maniglia di metallo freddo, una calda parete in legno e una finestra di vetro rigido creerebbero un’atmosfera completamente diversa se fossero realizzati con materiali diversi: ad esempio, se la maniglia fosse fatta di vetro duro, la parete fosse composta da elementi in metallo freddo e se la finestra fosse costruita in legno caldo, perfettamente realizzabile con il nuovo legno traslucido di KTH.
La materialità è tanto importante quanto lo sono la forma, la funzione e la posizione di un edificio. Per meglio dire, la materialità è strettamente connessa a forma, funzione e posizione, al fine di ottenere i cosiddetti edifici evoluti.
I materiali più usati in architettura sono abbastanza noti a tutti, non solo agli architetti, ma ci sono altri materiali, fondamentali per per l’architettura resiliente, che sono poco conosciuti. La lista che segue è una selezione di 16 materiali da costruzione, la cui conoscenza è utile per affrontare meglio le questioni legate alla sostenibilità ambientale e al risparmio energetico, in cui l’edilizia e soprattutto la bio-edilizia, svolgono un ruolo di primaria importanza.
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1. Calcestruzzo
Il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo ed è stato il punto di partenza per un nuovo modo di costruire in grado di superare i limiti costruttivi imposti dalle tecnologie costruttive tradizionali. Esso è composto da un legante (ad esempio il cemento) più aggregati, inerti e acqua. Diversi additivi, utilizzati solo a partire dagli ultimi decenni, a seguito dello sviluppo tecnologico delle costruzioni, servono a migliorarne alcune caratteristiche e qualità.
La collocazione di barre d’acciaio, che adeguatamente sagomate danno luogo al calcestruzzo armato, consente al calcestruzzo di resistere alle sollecitazioni di trazione. Se è difficile pensare, almeno per ora, di poter fare a meno del calcestruzzo, è altrettanto vero che questo materiale ha impatti ambientali significativi. La ricerca è impegnata nello studio di strategie e sperimentazioni per ridurne l’impronta di carbonio che, stando alle stime, è pari al 3-7% sul totale delle emissioni a livello mondiale.
Dal 2013 una startup canadese ha apportato alcune modifiche al processo di ottenimento del calcestruzzo: aggiungendo più CO2 nella fase iniziale si ottiene un prodotto più resistente e che non sprigiona emissioni nel tempo. Il cemento è uno dei settori considerati più difficili da de-carbonizzare: per limitare il suo impatto ambientale, afferma la Carbon Brief, UK-based website che si interessa di questioni legate all’energia e al cambiamento climatico a livello globale, si dovrà necessariamente puntare anche sui metodi di economia circolare, che prevedono, ad esempio, il riciclo-riuso dei materiali e la progettazione architettonica di edifici più leggeri, duraturi ed efficienti grazie alle tecniche di bio-edilizia.
La nuova frontiera dell’evoluzione del calcestruzzo è connessa con lo studio della sue proprietà reologiche, che ha portato alla proposta dell’S.C.C. (Self Compacting Concrete). Questa può essere considerata una delle più importanti innovazioni nella tecnologia di produzione del calcestruzzo e della sua messa in opera. I nuovi studi e le nuove ricerche tecnologiche del mondo moderno hanno portato alla produzione di calcestruzzi con elevate caratteristiche di resistenza, lavorabilità e differenti proprietà così da portare l’uomo ad opere di ingegneria estrema.
2. Legno
Uno dei materiali naturali da costruzione più antichi e tradizionali è il legno. Il legno ha saputo rinnovarsi, riscoprirsi high-tech e architettura contemporanea, superando in molti casi preconcetti e pregiudizi. il legno ha pieno titolo per affermarsi come materiale del futuro, caratterizzato da qualità che consentono agli edifici di raggiungere diverse altezze, una riciclabilità del cento per cento, una bassa dispersione termica e un’alta antisismicità.
Il legno svolge anche un ruolo fondamentale nella lotta al cambiamento climatico, poiché le foreste riducono la quantità di anidride carbonica presente nell’atmosfera e, rispetto ad altri materiali da costruzione, ogni metro cubo di legname utilizzato permette di risparmiare in media emissioni per 1,1 tonnellate di CO2.
A titolo di esempio, la produzione di una trave di legno richiede un sesto dell’energia necessaria per produrre un elemento di resistenza equivalente in acciaio, mentre la costruzione di una casa in legno impiega la metà dell’energia necessaria per la costruzione di una equivalente in laterizio o calcestruzzo armato.
3. Acciaio
New York City e Chicago sono state sempre i principali centri di costruzione di grattacieli, già dalla fine dell’ Ottocento a New York sorgono i primi Buildings con l’armatura in ghisa, i Cast Iron che si possono vedere ancora oggi nel quartiere di SoHo. Mentre a Chicago, dopo l’incendio del 1871 che aveva distrutto completamente il centro della città, si costruirono grattacieli con ossatura in acciaio, più resistente della ghisa. In quegli anni, la possibilità di impiegare materiali, all’epoca considerati nuovi, come la ghisa, l’acciaio e il vetro offrì ai progettisti prospettive prima impensabili. Gli skyline della città, così come li conosciamo, sono “esplosi” grazie alla scoperta dell’acciaio, comunemente usato come rinforzo ma che può essere utilizzato come una seconda pelle in molte strutture edilizie.
Sono soprattutto le grandi luci il campo di utilizzo in cui materiali come l’acciaio, dall’elevata resistenza, possono essere sfruttati in modo ottimale, soprattutto mediante l’adozione di sistemi reticolari. Ma ci sono anche altre caratteristiche che giocano un ruolo fondamentale nel mondo della produzione e dell’esposizione: la velocità di esecuzione; la modularità; la possibilità di ampliamento; la possibilità di ricollocamento. Tutti elementi in cui le specificità della costruzione in acciaio possono essere valorizzate.
4. La (bio)plastica in edilizia
Sebbene questo possa sembrare un materiale insostenibile, non si dovrebbero pregiudicare le possibilità che la plastica detiene. Ne produciamo così tanto e da poco tempo si sente parlare di bioplastica.
In tema di bioplastiche, il mercato dell’edilizia è in piena espansione. Il grande aumento dell’utilizzo dei PUR bio-based riguarda anche questo ambito di applicazione. Il principale utilizzo risiede nella fabbricazione di schiuma rigida per l’isolamento termico degli edifici in sostituzione agli equivalenti derivati esclusivamente dal petrolio. In edilizia sono ancora pochi gli esempi di utilizzo delle bioplastiche. L’utilizzo di alcuni polimeri bio-based permette un miglioramento delle prestazioni ambientali a lungo termine.
5. Materiali lapidei
L’uso della pietra come materiale da costruzione risale alla preistoria. Il nome infatti di “civiltà megalitica”, con il quale si designano le prime apparizioni dell’attività edificatoria dell’uomo, deriva appunto dall’aspetto degli avanzi che ce ne sono giunti sotto forma di costruzioni fatte di massi naturali e di dimensioni enormi. Le pietre naturali per uso in edilizia esistono da milioni di anni e posseggono straordinarie caratteristiche di resistenza, compattezza e durata.
Tante sono le opere che testimoniano il loro utilizzo e la loro resistenza nel tempo e al tempo: le Piramidi egiziane, le strutture monolitiche di Stonehenge, il Colosseo a Roma, le tante cattedrali sparse per il pianeta. Proprio per queste caratteristiche, le pietre hanno assunto nel tempo e nelle società significati magici e proprietà uniche a ciascuna di esse. Le pietre naturali sono ignifughe, igieniche, atossiche ed hanno una grande varietà di trame, colori e punti di forza.
6. Materiali tessili
Tendenzialmente negli ultimi anni abbiamo potuto assistere allo sviluppo di sistemi di facciata mobile, finalizzati alla schermatura solare (guarda l’esempio della Seine di Parigi QUI), dove vi sono degli elementi verticali o orizzontali orientabili, realizzati con materiale tessili (oltre che lignei, metallici o vitrei). Alcune sperimentazioni di facciate dinamiche e cinetiche, realizzate mediante l’impiego di materiali tessili sono già state compiute e lasciano prevedere notevoli potenzialità. La possibilità di utilizzare sulle facciate sia tessuti chiusi, che a rete aperti, con un’ampia gamma cromatica, rappresenta un altro aspetto di notevole interesse nell’applicazione del tessile tecnico in architettura.
La possibilità di utilizzare sulle facciate sia tessuti chiusi, che a rete aperti, con un’ampia gamma cromatica, rappresenta un altro aspetto di notevole interesse nell’applicazione del tessile tecnico in architettura.
Per ciascuno di essi sono stati indicati i valori e le caratteristiche principali dei materiali, quali la durata media, la resistenza all’invecchiamento e allo sporco, la traslucenza, la resistenza alla fiamma, la resistenza alla piegatura, i costi di realizzazione e le applicazioni consigliate. Tali interventi tengono conto del valore figurativo e cromatico delle superfici, si valgono della texture, delle qualità percettive dei rivestimenti, giocano con la leggerezza strutturale e la trasparenza, i riflessi, cioè con quei dettagli che contribuiscono a fare vivere l’architettura nel suo luogo, attraverso materiali e tecnologie che provocano relazioni, interferenze e interazioni.
La trasformabilità è connessa al concetto di sensorialità. L’edificio può così diventare lo schermo che irradia luci, colori suoni e comunicare informazioni.
7. Vetro
Il nostro materiale più utilizzato per ottenere trasparenza e luce è senza dubbio il vetro, uno degli elementi di facciata più usati nell’architettura contemporanea. Sono stati fatti molti passi avanti per creare un vetro reattivo “intelligente”.
I “vetri intelligenti” sono materiali capaci di rispondere in modo dinamico ai cambiamenti ambientali garantendo un elevato comfort all’interno dei locali.
I vantaggi sono i seguenti:
- migliore controllo degli apporti luminosi
- migliore controllo delle necessità energetiche
- migliore riduzione delle dispersioni di energia
- migliore ottimizzazione dei consumi energetici
- migliore design e soluzioni tecniche di pregiato valore.
Queste vetrate possono essere autoregolanti o attivate elettricamente secondo le volontà dell’utente. I vetri intelligenti sanno dunque rispondere a stimoli esterni cambiando le caratteristiche di trasparenza, lucentezza, colorazione e grado di schermatura della radiazione solare, mantenendo inalterate le proprietà strutturali. L’uso è particolarmente indicato nell’edilizia civile residenziale e architettonica, soprattutto per gli edifici del futuro che saranno orientati alla sostenibilità dell’uso delle risorse naturali e al risparmio energetico.
8. I laterizi
Nonostante la forma rigida e rettangolare, l’architettura in mattoni ha dimostrato di potere ottenere strutture particolari, anche di un certo valore estetico. L’uso del laterizio, permette di abbinare i vantaggi della costruzione in fabbrica – economicità, qualità, velocità – al sistema edile più conosciuto ed apprezzato in Italia. C’è un legame fra laterizio, disegno, ambiente naturale e sostenibilità.
La storia ci insegna che gli edifici in mattoni non hanno solamente una vita lunga, ma sono anche eccezionalmente durevoli quanto a efficienza, e ciò costituisce un pensiero confortante per chi investe nel settore immobiliare. Il mattone come elemento invariato, costante di raccordo fra storia e contemporaneità (altro “fil rouge” nelle più recenti riflessioni sulla sua ragione d’essere), dimostra il suo ruolo a maggior ragione nelle occasioni di progetto che comportano ristrutturazioni e restauri, a volte, di edifici con secoli di vita. Questo ci ha permesso di sviluppare la conoscenza delle qualità uniche di materiali da costruzione appartenenti alla famiglia delle ceramiche, qualità come ad esempio la bella patina di invecchiamento, la facilità di pulizia, la grande flessibilità, il riuso e l’inerzia.
9. Kevlar
Il kevlar è una fibra sintetica aramidica inventata nel 1965, quindi di recente scoperta. Un materiale più resistente dell’armatura metallica, con una notevole resistenza alla trazione, il Kevlar è certamente un vantaggio quando bisogna costruire strutture di elevata dimensione. Le fibre di aramide non sono adatte per il restauro delle strutture in cemento armato, in cui invece trovano largo spazio le fibre in carbonio. Il loro uso è per lo più indicato nel rinforzo delle strutture in muratura per le quali non è necessario un elevato modulo elastico.
Un esempio interessante di utilizzo di fibre aramidiche nel restauro di strutture in muratura è quello che è stato effettuato negli interventi di messa in sicurezza e di ripristino delle volte della basilica di S. Francesco di Assisi a seguito dei noti eventi sismici.
10. Bambù
Il bambù è una pianta sempreverde originaria dell’Asia e dell’America che cresce a qualsiasi altitudine, anche in condizioni climatiche non ottimali. Si tratta di una risorsa naturale molto resistente e, grazie alla sua capacità di catturare una quantità di anidride carbonica quaranta volte superiore a quella assorbita da un bosco delle stesse dimensioni, presenta numerosi vantaggi anche per l’ambiente.
Il bambù è rinominato “acciaio vegetale”, perché è una risorsa naturale particolarmente adatta alla costruzione di edifici. Il bambù rappresenta una grande risorsa per la bioedilizia: grazie al suo rapido ciclo di vita, che richiede dai tre ai cinque anni per la rigenerazione (qualsiasi altro arbusto ne impiega almeno quindici), è maggiormente indicato a un mercato edile che è sempre più orientato verso la salvaguardia del Pianeta.
11. Fibra di carbonio
La fibra di carbonio è un materiale cinque volte più forte dell’acciaio, due volte più rigido, con un peso molto inferiore. La composizione della fibra di carbonio lo rende flessibile, permettendo di ottenere forme e spessori anche estremi. Implementarlo nel settore edile porterebbe enormi vantaggi sia in termini logistici, per via dello snellimento dei lavori in cantiere, sia per la sua efficacia ed efficienza; nondimeno, le sue caratteristiche appaiono in linea con i nuovi trend costruttivi, sempre più indirizzati alle costruzioni prefabbricate.
Installarlo, infine, è semplice e non prevede manodopera specializzata. Anche se non si presenta come un vero e proprio materiale ecosostenibile, la fibra di carbonio potrebbe ridurre l’impatto ambientale del ciclo costruttivo. La fase successiva sarà trovare un metodo di lavorazione e renderlo a tutti gli effetti disponibile nel campo edilizio, quindi nei cantieri. Al momento sono stati utilizzati macchinari di grandi dimensioni, troppo ingombranti per un loro impiego effettivo.
12. Celle fotovoltaiche
Il solare fotovoltaico non produce calore ma è in grado di produrre direttamente corrente elettrica, grazie all’impiego di speciali celle fotovoltaiche, basate sull’impiego del silicio, opportunamente trattato, la cui efficienza può essere variabile a seconda della tecnologia impiegata per la loro costruzione.
13. Terra cruda
Con la riscoperta della terra cruda in bioedilizia è possibile costruire ambienti sani e confortevoli, grazie alle proprietà termoisolanti e regolatrici dell’argilla. Con la bioedilizia e la diffusione di nuove discipline come la bioarchitettura, negli ultimi anni sono tornati di moda materiali costruttivi antichi, dal mondo della natura, come avveniva un tempo.
Sui mattoni in terra cruda attuali sono stati effettuati numerosi studi per migliorare le tecniche e affrontare i problemi legati essenzialmente alla bassa resistenza meccanica e anche agli agenti atmosferici. Il basso impatto ambientale non è l’unica caratteristica dei mattoni ecologici in argilla cruda. Questi materiali hanno anche un alto potere isolante, sia acustico che termico. Inoltre, la terra cruda agisce da regolatore anche sull’umidità interna, migliorando il comfort ambientale; assorbendo poi odori e fumo, nonché limitando la diffusione dei campi elettromagnetici, va ad influire sul benessere generale dell’ambiente in cui viene utilizzata. La legge in Italia vieta la costruzione di edifici utilizzando soltanto mattoni in terra cruda; tuttavia anche utilizzandolo solo in alcune parti sono già riscontrabili buone prestazioni, anche grazie alle moderne tecniche produttive.
14. Rifiuti
Produciamo un’enorme quantità di rifiuti costruiti con i più svariati materiali. Rivalutare e riutilizzare le materie prime seconde dei rifiuti prodotti, è un’idea che i futuri progettisti dovranno prendere in seria considerazione. Che si tratti di trasformare i mozziconi di sigaretta in materiale da costruzione da usare nei composti edilizi come riduttore della conduttività termica o delle bottiglie di plastica che si trasformano in pareti resistenti ai terremoti, il riciclaggio è qualcosa da considerare in maniera rivoluzionaria per fare architettura.
15. Paglia
La creazione di un ambiente termico passivo, la protezione dalla pioggia e la totale riconnessione con l’ambiente naturale sono solo alcune delle cose per cui la paglia è efficace. Non c’è da meravigliarsi se i tetti di paglia erano così popolari in passato.
16. Materiali organici
I materiali organici puntano sull’armonia tra l’uomo e la natura e mirano a creare equilibrio tra ambiente costruito e ambiente naturale. Tali materiali sono messi a disposizione dalla natura, in loco.
Nel progetto edilizio le proporzioni devono essere logiche anche per le aperture interne ed esterne. Inoltre, è meglio evitare le combinazioni di diversi materiali e incorporare organicamente gli impianti come elementi interreagenti all’interno della struttura dell’edificio. Nell’architettura organica anche l’arredamento diventa parte integrante dell’edificio.
Frank Lloyd Wright, ritenuto il fondatore dell’Architettura Organica sosteneva che “Form and function are one” , ovvero “forma e funzione sono un ‘unica cosa”. Negli scritti che ci ha lasciato, spiegava “per Architettura Organica io intendo un’architettura che si sviluppi dall’interno all’esterno, in armonia con le condizioni del suo essere, distinta da un’architettura che venga applicata dall’esterno … lavorare bene per la Causa dell’Architettura …”
Per tutti i materiali, l’accessibilità e il costo giocano un ruolo enorme. Ci sono sicuramente materiali non presenti nell’elenco che potrebbero essere la scelta più ovvia in alcune parti del mondo.
Quindi, assicurati di conoscere i materiali intorno a te oltre a questi in elenco, e sarai sicuro di avere un elenco completo delle risorse disponibili.