Il Padiglione Hybrid Flax1 realizzato nel 2024, in collaborazione con aziende locali, è frutto della brillante esperienza dei ricercatori del Cluster di Eccellenza IntCdc dell’Università di Stoccarda.
Si tratta di un edificio espositivo a pianta circolare che sorge sul terreno di Landesgartenschau in Wangen im Allgäu, Germania, come espressione di un nuovo sistema di costruzione ibrido in legno e fibre naturali.
La novità sostanziale la si incontra proprio nel sistema della copertura ondulata del padiglione, che alterna semplici pannelli sottili in legno lamellare ad altri sostenuti da elementi portanti ottenuti con materiali a base biologica assemblati roboticamente.
Una soluzione ibrida che favorisce un’eccezionale resistenza strutturale, coniugando leggerezza e flessibilità.
Un cuore green
Il padiglione presenta una pianta circolare nel cui nucleo centrale è posizionato un giardino climatico che, grazie alla connessione delle aperture con quelle della facciata esterna, facilita la ventilazione naturale dell’aria e crea un microclima interno ideale.
I pannelli ondulati in legno fungono da chiusura orizzontale per la facciata completamente trasparente, con doppi vetri termoisolanti, che favorisce la vista dall’interno verso l’esterno e viceversa, accentuando il contatto diretto con la natura e l’ambiente circostante, oltre a garantire un’ottima illuminazione.
Il lino, materiale a km 0
Protagonista del progetto è il lino, fibra nobile e simbolo dell’industria tessile locale, qui impiegato in una soluzione costruttiva che coniuga tradizione e tecnologie innovative. L’impiego del lino non solo valorizza i materiali locali, riducendo l’impatto ambientale del ciclo di vita dell’edificio, ma contribuisce anche a diminuirne l’impronta di carbonio.
Grazie alla sua resistenza, di circa 2-3 volte superiore a quella del cotone, il lino garantisce prodotti altamente durevoli. La sua resistenza, leggerezza e capacità di assorbimento degli urti rendono il lino una fibra naturale ideale per materiali compositi ad alte prestazioni. Il lino ha anche un effetto termoregolatore: isola d’inverno e mantiene fresco d’estate, favorendo la traspirazione.
Padiglione Hybrid Flax | Robotica e manualità
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Le piante assorbono Co2
Attraverso la fotosintesi, le piante di lino assorbono anidride carbonica e la convertono in biomassa, che rimane sequestrata nel lino durante tutto il suo ciclo di vita, anche quando viene trasformata in prodotti come tessuti o materiali da costruzione.
La sua coltivazione ha un basso impatto ambientale: richiede cinque volte meno fertilizzanti e pesticidi rispetto al cotone e prospera solo con le precipitazioni naturali, senza bisogno di irrigazione. Una tonnellata di lino può sequestrare fino a 1,5 tonnellate di Co2, rendendolo un materiale importante per la mitigazione del cambiamento climatico.
Alleato contro il gas serra
L’assorbimento di Co2 dall’atmosfera contribuisce, inoltre, a limitare la concentrazione di gas serra. Le proprietà benefiche del lino, inclusa la sua capacità di sequestrare il carbonio, lo rendono una scelta sostenibile e vantaggiosa per diverse applicazioni.
Questo non avviene per le fibre sintetiche o di derivazione animale, che richiedono energia e producono emissioni. Inoltre, nulla della pianta o della fibra del lino viene sprecato durante la coltivazione e la filatura, poiché tutto viene riutilizzato. Inoltre, il lino è una fibra biodegradabile e compostabile, riducendo ulteriormente il suo impatto ambientale.
Innovazione strutturale
Nel caso dell’Hybrid Flax Pavilion i filamenti di lino vengono avvolti roboticamente per rafforzare i sottili elementi in legno lamellare e creare la travatura portante della copertura ondulata andando, quindi, a definire non solo le capacità strutturali ma anche un valore estetico notevole all’intera sala espositiva.
Nello specifico, si tratta di 20 componenti ibridi che nascono con l’obiettivo di creare una struttura portante leggera, ecosostenibile, con ridotto uso di materiale, la cui caratteristica principale è la capacità di autoportarsi senza bisogno di colonne e sostegni intermedi, garantendo un’ampia fruibilità dello spazio espositivo.
Estrema leggerezza
La combinazione di elementi in legno e fibre naturali in lino ha permesso la realizzazione di elementi edilizi leggeri di altezza variabile e con ottime prestazioni dal punto di vista strutturale.
La trave in fibra di lino è caratterizzata da una superficie inferiore che supporta i carichi di tensione, mentre il pannello in legno lavora alle forze di compressione, fungendo anche da elemento di chiusura e copertura. La loro combinazione ha favorito una resistenza e una rigidità tale da sopportare gli elevati carichi da neve, considerata la localizzazione del padiglione ai piedi delle Alpi.
Un vera rete di fibre
L’elemento portante in fibra di lino è, dunque, costituito da più strati per coprire una luce di 8,6 metri. Una spina centrale, simile alla colonna vertebrale, si allinea con l’asse principale della trave, fungendo da cordone inferiore della campata.
Ulteriori strati si sovrappongono creando una rete di fibre uniforme in grado di garantire la conformità strutturale richiesta e distribuire uniformemente i carichi. Una rete aggiuntiva di fibre è stata disposta all’ estremità dell’elemento come supporto angolare per migliorare la resistenza nelle zone strutturalmente critiche.
Design computazionale
La progettazione computazionale è la chiave di questo progetto innovativo; ha favorito la realizzazione di geometrie complesse e personalizzate, impossibili da ottenere con metodi e tecniche tradizionali.
Legno lamellare
Le piastre in legno lamellare a strati incrociati (Clt) di spessore 120 mm, realizzate mediante una fresatrice a 5 assi, presentano una serie di fori per le connessioni legno-fibra-facciata, e bordi smussati con diverse angolazioni per favorire il corretto assemblaggio delle fibre, mediante viti sotto ogni piastra in Clt.
Gli algoritmi sofisticati, tipici del design computazionale, insieme a bracci meccanici ad alta precisione, hanno favorito l’assemblaggio dei 20 elementi in legno con travatura in fibra di lino, alternati ai semplici pannelli in legno lamellare, in soli 8 giorni, garantendo non solo velocità ma anche una precisione millimetrica, utile per garantire stabilità e integrità strutturale.
I punti di ancoraggio delle fibre, lungo il perimetro dell’elemento, sono stati orientati accuratamente in base alla normale superficie geometrica per garantire alle fibre una direzione tale da assorbire le forze provenienti dal legno.
Non ci sono stampi
Il telaio di avvolgimento delle fibre presenta una dorsale che consente la realizzazione della spina portante principale della trave nella sua direzione longitudinale e la giusta curvatura nella sezione trasversale.
La novità del processo sta nel fatto che non si utilizzano forme o stampi ma tutto è demandato al processo computazionale e alle tecniche di assemblaggio automatico e robotizzato che, sicuramente, comportano vantaggi, soprattutto quando vanno a realizzarsi elementi con geometrie uniche e complesse.
La progettazione computazionale e la robotica permettono di ottimizzare l’utilizzo dei materiali, riducendo gli sprechi e l’impatto ambientale.
Obiettivi climatici
Hybrid Flax rappresenta un’opera pionieristica che riunisce in sé innovazione, estetica, funzionalità e profondo rispetto per l’ambiente, configurandosi come approccio replicabile dalle future generazioni di progettisti.
Questo padiglione è espressione di un nuovo paradigma costruttivo che combina innovazione e sostenibilità, ponendosi l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale e di rigenerare attivamente l’ecosistema circostante. Il sistema costruttivo ibrido legno-lino rappresenta un passo avanti significativo verso edifici più leggeri, resistenti e sostenibili.
La combinazione di Clte fibre di lino, avvolte roboticamente, ha permesso di realizzare una struttura portante efficiente e dal design unico, dimostrando il potenziale dell’integrazione di materiali naturali con la costruzione robotica per creare strutture non solo ecologicamente responsabili, ma anche esteticamente e funzionalmente avanzate.
Valorizza l’economia locale
La valorizzazione dei materiali naturali e a chilometro zero, come il lino, si configura come una scelta che, oltre a limitare l’impatto ambientale, tende anche a favorire l’economia locale e la rigenerazione delle aree rurali, in linea con gli attuali obiettivi di sviluppo sostenibile.
Sostenibilità
L’attenzione all’ambiente si concretizza in ulteriori soluzioni sostenibili, come la soletta in calcestruzzo riciclato attivabile geotermicamente, che caratterizza il primo calpestio della sala espositiva.
Comfort garantito
Tale soluzione, oltre a contribuire al comfort interno regolando la temperatura in modo naturale, rappresenta anche un importante passo verso la riduzione delle emissioni di Co2. Il padiglione si configura come un esempio di architettura rigenerativa, in grado di ridurre l’impatto ambientale e di rigenerare attivamente l’ecosistema circostante.
Il padiglione ibrido del lino incontra diversi obiettivi di sviluppo sostenibile (Sdgs) proposti dall’Agenda 2030 delle Nazioni Unite. Supporta l’Sdg 7 attraverso l’uso di materiali sostenibili e rinnovabili. Promuove lo sviluppo urbano sostenibile e l’efficienza delle risorse (Sgds 11 e 12); aiuta l’azione per il clima (Sgd 13) riducendo le emissioni di carbonio e migliorando l’efficienza energetica. Infine, sostiene l’Sgd 15 promuovendo l’uso sostenibile del territorio e la biodiversità attraverso la coltivazione del lino.
Alla base gli algoritmi
L’impiego di algoritmi sofisticati e bracci meccanici ad alta precisione ha permesso di realizzare geometrie complesse e personalizzate, ottimizzando l’utilizzo dei materiali e riducendo gli sprechi. Le tecniche di tessitura robotizzata garantiscono precisione e aprono nuove frontiere all’architettura.
Tuttavia, l’uso efficace degli strumenti di progettazione computazionale richiede conoscenze e competenze specialistiche, pertanto, è necessario aumentare la diffusione di tali tecniche non solo a livello accademico ma anche in ambito professionale.
Allo stesso tempo, l’utilizzo di algoritmi computazionali, oltre ad ottimizzare le prestazioni degli edifici sia in termini di resistenza che in relazione alla fisica dell’edificio, facilita la collaborazione tra i vari attori del processo edilizio e quindi, tra le varie discipline di progettazione.
Replicabilità
In termini di replicabilità dell’approccio, una preoccupazione è l’elevato costo iniziale e la complessità dell’impostazione dei sistemi robotici. L’investimento in macchinari avanzati e la necessità di conoscenze specialistiche possono essere proibitivi, in particolare per le aziende più piccole o per i progetti con budget limitati.
Ciò potrebbe limitare l’adozione diffusa di tali tecnologie, creando potenzialmente un divario tra progetti ad alta tecnologia e ricchi di risorse e quelli che si basano su metodi più tradizionali. Inoltre, l’elevato costo iniziale e la complessità dell’impostazione dei sistemi robotici rappresentano un ulteriore aspetto da considerare, in caso di replicabilità di approccio.
Elevato potenziale
Tuttavia, il potenziale del Padiglione Hybrid Flax è elevato. Esso dimostra come le nuove frontiere dell’architettura possano coniugare innovazione, estetica e rispetto per l’ambiente, offrendo un modello da seguire per le future generazioni di progettisti.
La ricerca e lo sviluppo di queste nuove tecnologie, con particolare attenzione alla sostenibilità, sono aspetti fondamentali e cruciali per promuovere la consapevolezza di questo nuovo paradigma progettuale orientato alla neutralità climatica e alla salvaguardia dell’ecosistema.
di Francesco Sommese
La scheda
Anno: 2024
Località: Wangen im Allgäu, Germania
Superficie: 380 m3
Diametro: 25,2 m
Travi ibride legno-fibra: 20 con luce di 8,6 m
Tempo di progettazione: 12 mesi
Tempi di realizzazione: 10 mesi
Materiali: Legno lamellare (Clt), fibre di lino, vetro-acciaio, calcestruzzo riciclato
Foto e disegni: ©Icd/ITke/ IntCdc University of Stuttgart
1Project partners:
- Cluster of Excellence IntCdc – Integrative Computational Design and Construction for Architecture, University of Stuttgart
- Icd – Institute for Computational Design and Construction, Prof. Achim Menges, Rebeca Duque Estrada, Monika Göbel, Harrison Hildebrandt, Fabian Kannenberg, Christoph Schlopschnat, Christoph Zechmeister
- Itke – Institute of Building Structures and Structural Design, Prof. Dr. Jan Knippers, Tzu-Ying Chen, Gregor Neubauer, Marta Gil Pérez, Valentin Wagner
- Landesgartenschau Wangen im Allgäu 2024, Karl-Eugen Ebertshäuser, Hubert Meßmer
Stadt Wangen im Allgäu - Ha-Co Carbon GmbH, Siegbert Pachner, Dr. Oliver Fischer, Danny Hummel
- FoWaTec GmbH, Sebastian Forster
- Biedenkapp Stahlbau GmbH, Stefan Weidle, Markus Reischmann, Frank Jahr
- Harald Klein Erdbewegungen GmbH, Harald Klein