Kansas State prova a trasformare il calcestruzzo stampato in 3D in un vero rifugio anti-tornado

Il progetto di Reese Greenlee e Iowa State non vuole usare la stampa 3D soltanto come cassaforma: geometria, orientamento dei layer e moduli prefabbricati dovrebbero contribuire direttamente a resistere a vento estremo e detriti lanciati a oltre 160 km/h

La stampa 3D del calcestruzzo potrebbe trovare un’applicazione nella quale la libertà geometrica non viene utilizzata principalmente per costruire pareti più velocemente o realizzare forme architettoniche insolite, ma per proteggere direttamente vite umane durante un tornado. Reese Greenlee, assistant professor of architecture alla Kansas State University, sta studiando insieme a Shelby Doyle e al Computation & Construction Lab della Iowa State University una nuova famiglia di storm shelter modulari realizzati mediante additive construction. Il progetto è rivolto soprattutto alle comunità di manufactured homes, una parte importante del patrimonio abitativo americano nella quale l’accesso a rifugi adeguati può essere limitato. La ricerca parte da una domanda strutturale tutt’altro che banale: il calcestruzzo estruso layer-by-layer può diventare esso stesso la struttura resistente di uno shelter, senza limitarsi a creare un guscio esterno all’interno del quale viene successivamente costruito un normale telaio in acciaio o cemento armato? La risposta, per ora, non esiste. Greenlee e il gruppo stanno stampando prototipi e moduli a piena scala, analizzando materiale, orientamento, infill e geometria, prima di sottoporli a prove di impatto e carico coerenti con i criteri applicabili agli storm shelter. È quindi importante non descrivere il progetto come una nuova tecnologia già qualificata: si tratta di ricerca strutturale sperimentale con un obiettivo FEMA/ICC, non di un prodotto certificato disponibile sul mercato.

L’idea è interessante perché affronta direttamente uno dei limiti più noti della construction 3D printing. Molti edifici definiti “stampati in 3D” utilizzano in realtà la parete estrusa come involucro, cassero permanente o parte di un sistema composito nel quale la vera capacità strutturale viene assicurata anche da armature, barre, getti convenzionali, pilastri o altri elementi. Greenlee vuole invece capire fino a che punto sia possibile far lavorare intenzionalmente l’architettura del materiale stampato, sfruttando il fatto che la testina può disporre il cemento lungo traiettorie impossibili o economicamente poco pratiche con blocchi e casseforme tradizionali. Nel caso di uno storm shelter, questa libertà può diventare particolarmente importante perché la struttura non deve soltanto sopportare una pressione uniforme del vento: deve resistere a oggetti proiettati ad alta velocità, impedire perforazioni, mantenere un percorso continuo dei carichi e proteggere porte, giunti, copertura e connessioni alla fondazione.

Il progetto Kansas State–Iowa State in sintesi

La vera minaccia di un tornado non è soltanto il vento

La resistenza al vento è soltanto una parte del problema. Nei tornado più violenti gli oggetti presenti nell’ambiente diventano windborne debris, cioè veri e propri proiettili. Assi di legno, parti di tetti, rami, recinzioni e componenti metallici possono colpire una struttura ad alta velocità. Per questo i criteri per gli storm shelter non permettono di concludere semplicemente che una parete sia sicura perché possiede un’elevata resistenza a compressione.

Per le condizioni più severe previste per i tornado shelter, il riferimento storico utilizzato nei test di impatto è una tavola 2×4 del peso di circa 15 libbre lanciata a 100 mph, cioè circa 6,8 kg a 161 km/h, contro una superficie verticale. L’energia cinetica del proiettile è dell’ordine di 7 kJ. Più importante ancora, il carico viene concentrato sulla piccola sezione della tavola, creando un problema di penetrazione, cracking locale, spalling e possibile espulsione di materiale sul lato interno.

Principali requisiti che un rifugio deve affrontare

Un risultato positivo su una singola parete non renderebbe quindi automaticamente conforme l’intero shelter. Questo è particolarmente importante per un sistema modulare: la connessione fra due elementi può essere più critica degli elementi stessi.

FEMA P-361 e ICC 500 non sono semplicemente una prova del calcestruzzo

Uno degli equivoci più frequenti quando si parla di storm shelter consiste nell’immaginare un test in cui viene lanciato un 2×4 contro una parete e, se non la attraversa, la struttura viene “certificata FEMA”. Il quadro reale è molto più complesso.

ICC 500, lo standard dell’International Code Council e della National Storm Shelter Association, disciplina progettazione e costruzione di storm shelter. FEMA P-361 definisce criteri e guidance per safe room residenziali e comunitarie che mirano a offrire una protezione molto elevata durante eventi estremi.

La progettazione comprende:

• tornado design loads;
• missile impact;
• fondazioni;
• ancoraggi;
• porte e sistemi di chiusura;
• ventilazione;
• spazi minimi;
• accessibilità;
• servizi sanitari quando richiesti;
• emergenza e gestione degli occupanti;
• documentazione e controlli.

Perciò l’eventuale successo del materiale Kansas State al projectile test sarebbe un risultato importante ma soltanto uno degli step necessari.

FEMA non “certifica” lo shelter

È utile sottolinearlo perché la stessa espressione viene frequentemente utilizzata in modo improprio nel mercato. FEMA dichiara esplicitamente di non essere un product testing agency e di non certificare, approvare o raccomandare prodotti o produttori.

Un’azienda non dovrebbe quindi commercializzare correttamente una struttura dicendo semplicemente “FEMA certified”. Per i componenti di protezione dagli impatti, come le porte, ICC 500 richiede listing e labeling da parte di organismi appropriati. Una safe room deve invece essere progettata e costruita in conformità ai criteri applicabili, con documentazione firmata e sigillata da professionisti quando richiesto.

Nel caso del progetto Kansas State sarebbe quindi più corretto dire che i ricercatori vogliono dimostrare la conformità prestazionale rispetto ai criteri ICC 500/FEMA P-361, non ottenere un generico timbro FEMA sulla stampante o sul blocco.

Perché gli storm shelter stampati in 3D potrebbero essere utili soprattutto nelle manufactured home communities

Il target sociale del progetto non è casuale. Negli Stati Uniti circa 22 milioni di persone vivono in manufactured homes, una delle principali forme di affordable housing non sovvenzionato del Paese. In alcune aree rurali questa tipologia rappresenta una quota particolarmente importante del patrimonio abitativo.

Le manufactured homes moderne devono rispettare normative federali specifiche e non devono essere considerate automaticamente strutture di cattiva qualità. Ma durante un tornado violento rimangono una tipologia nella quale il National Weather Service raccomanda di abbandonare l’abitazione e raggiungere un edificio robusto o uno storm shelter.

La vulnerabilità è documentata da decenni. Storicamente, il tasso di mortalità da tornado registrato nelle mobile/manufactured homes è stato molto superiore rispetto alle costruzioni permanenti. Un’analisi dell’evento EF4 di Beauregard-Smith Station, Alabama, del 2019 ha rilevato 23 vittime, 19 delle quali in manufactured homes, identificando il collasso e l’assenza di adeguato ancoraggio come fattori centrali.

Il problema diventa particolarmente grave quando il residente riceve correttamente il tornado warning ma non dispone di un luogo sicuro raggiungibile nel breve tempo disponibile.

Perché il progetto si concentra sulle manufactured home communities

Greenlee vuole infatti evitare l’idea dello storm shelter come “bunker” utilizzato per pochi minuti alcune volte all’anno. La stessa struttura potrebbe funzionare quotidianamente come community room, recreation space o infrastruttura condivisa. In questo modo il costo non deve essere giustificato esclusivamente dall’evento meteorologico che si spera non accada mai.

L’idea più originale riguarda la forma delle pareti

Una normale parete in calcestruzzo viene spesso pensata principalmente in termini di spessore e armatura. La stampa 3D permette invece di intervenire sulla geometria interna lungo tutta la parete.

I prototipi mostrati da K-State utilizzano configurazioni a coil, cioè percorsi ondulati o avvolti che attraversano verticalmente il modulo. Greenlee descrive questa geometria come uno strumento per deflettere gli impatti e gestire in modo più intelligente l’energia.

Nei test preliminari vengono studiate anche configurazioni assimilabili a crumple zones e batten deflectors. Il concetto richiama, almeno qualitativamente, altre strutture progettate per assorbire energia: invece di opporre semplicemente una massa piena all’oggetto, si cerca di controllare il modo in cui il materiale devia, redistribuisce o dissipa il carico.

Non esistono ancora dati pubblici che dimostrino che queste geometrie offrano una prestazione superiore a una parete tradizionale di massa equivalente. È precisamente ciò che i test fisici dovranno stabilire.

Una parete più complessa non è necessariamente una parete più resistente

La libertà geometrica dell’additive manufacturing può indurre a credere che un algoritmo possa creare automaticamente una struttura migliore. Nel calcestruzzo la situazione è più delicata.

Un reticolo o una parete ondulata può distribuire bene un determinato impatto, ma:

• può creare concentrazioni di tensione;
• può avere pareti localmente troppo sottili;
• può produrre superfici difficili da ispezionare;
• può cambiare la propagazione delle fessure;
• può essere vulnerabile in una direzione differente;
• può complicare le connessioni fra moduli.

Perciò ogni geometria deve essere analizzata come sistema strutturale, non soltanto valutata per la quantità di materiale risparmiato.

La stampa layer-by-layer introduce anisotropia, che in questo progetto diventa contemporaneamente problema e possibile strumento

Il calcestruzzo tradizionalmente gettato viene normalmente trattato, con le dovute semplificazioni, come un materiale relativamente uniforme. Nella stampa 3D ogni cordone viene invece deposto sopra il precedente. L’interfaccia fra due layer può avere:

• maggiore porosità;
• idratazione differente;
• inclusioni d’aria;
• minore continuità;
• orientamento preferenziale delle fibre;
• resistenza differente in funzione della direzione di carico.

La letteratura identifica questa anisotropia come una delle principali barriere all’utilizzo strutturale del 3D printed concrete. Studi recenti riportano variazioni anche importanti fra le resistenze misurate lungo differenti direzioni e mostrano che le interfacce possono diventare percorsi preferenziali per cracking, umidità, cloruri e altri agenti degradanti.

Il progetto Greenlee è interessante perché non cerca soltanto di eliminare questo comportamento. Cerca anche di capire se print direction e geometria possano essere orientate intenzionalmente rispetto al carico di impatto.

In altre parole, ciò che normalmente viene considerato un difetto del processo può diventare una variabile di progettazione, purché sia sufficientemente prevedibile.

3D printed concrete vs calcestruzzo convenzionale

L’assenza di armatura tradizionale è una delle scommesse più difficili

Fabbaloo evidenzia correttamente uno dei problemi centrali: il calcestruzzo non armato ha limitazioni strutturali importanti, soprattutto quando deve sopportare trazione, flessione, impatto e condizioni di carico dinamiche.

Il calcestruzzo convenzionale è molto resistente a compressione ma molto meno efficace a trazione. Per questo viene normalmente combinato con acciaio o altre forme di reinforcement.

Nel 3DCP integrare barre convenzionali è difficile perché la testina deve continuamente passare attraverso l’area di lavoro. Esistono numerose strategie sperimentali:

• fibre corte nella miscela;
• cavi introdotti durante l’estrusione;
• barre collocate fra sequenze di stampa;
• mesh;
• FRP;
• post-tensioning;
• riempimento di cavità stampate.

Ma non esiste ancora una soluzione universale completamente automatizzata e standardizzata.

Greenlee sta quindi esplorando fino a che punto materiale e forma possano assumere una quota maggiore del ruolo strutturale. Se una configurazione non armata riuscisse a superare l’impact test richiesto, sarebbe un risultato notevole. Non significherebbe però automaticamente che l’armatura sia diventata inutile per l’intero edificio: fondazioni, copertura, giunti o altre condizioni di carico potrebbero richiederla comunque.

La ricerca scientifica conferma che l’interfaccia fra layer resta un punto critico

Una review pubblicata nel 2026 sull’anisotropia del 3D printed concrete identifica diversi fattori che determinano la prestazione:

• orientamento del filamento;
• qualità del bonding fra layer;
• porosità;
• intervallo temporale tra deposizioni;
• idratazione;
• geometria del cordone;
• presenza e orientamento delle fibre;
• condizioni di curing.

Le interfacce deboli non influenzano soltanto la resistenza immediata. Possono diventare percorsi preferenziali per ingresso di acqua e sostanze aggressive, con possibili effetti su freeze-thaw, carbonation e durability.

Questo è particolarmente rilevante in Kansas e negli altri Stati della Tornado Alley, dove una struttura esterna deve affrontare non soltanto un raro tornado ma anni di variazioni climatiche prima che il rifugio possa realmente servire.

Un elemento capace di superare un impact test appena prodotto deve anche riuscire a mantenere quella prestazione dopo venti o trent’anni.

Il progetto non stampa l’intero edificio sul posto

Un altro elemento interessante è la scelta di prefabbricare moduli off-site. Gran parte della comunicazione intorno alla construction 3D printing mostra enormi bracci robotici o gantry che costruiscono direttamente l’edificio in cantiere. Greenlee segue invece una strategia differente.

Il gruppo sta lavorando su blocchi a piena scala di circa 4 × 4 piedi, prodotti in un ambiente controllato e successivamente trasportabili sul luogo di installazione.

I vantaggi potenziali sono numerosi:

• non serve portare una grande stampante in ogni comunità;
• temperatura e umidità possono essere meglio controllate;
• il mix può essere gestito centralmente;
• quality control diventa più semplice;
• una sola installazione può servire molti cantieri;
• la produzione può continuare indipendentemente dal meteo.

È una logica simile al precast concrete, ma con la possibilità di produrre geometrie interne senza casseforme dedicate.

Off-site e on-site 3DCP a confronto

Il prezzo da pagare è proprio la presenza di connessioni. Durante un tornado, una parete composta da quattro moduli molto resistenti può fallire se la giunzione fra il secondo e il terzo modulo è più debole.

Greenlee ha sottolineato proprio questo aspetto parlando dei test futuri: l’attenzione deve concentrarsi anche sui punti nei quali elementi differenti si incontrano e sulle aperture per porte e finestre.

Il test Intertek sarà quindi molto più importante delle immagini dei prototipi

La prossima fase dichiarata del progetto si svolgerà in una struttura Intertek in Minnesota, dove i moduli a grandezza reale saranno sottoposti a condizioni rappresentative delle sollecitazioni tornado, compresi debris-impact test.

È questo il passaggio che permetterà di capire se la geometria a coil offre davvero un vantaggio.

Prima del test possiamo dire che:

• la geometria è stampabile;
• il modulo mantiene la forma;
• il concetto è strutturalmente interessante;
• la libertà geometrica può teoricamente modificare il percorso del carico.

Non possiamo ancora affermare che:

• resista al missile ICC 500;
• sia migliore del cemento armato;
• costi meno;
• possa essere installato come safe room;
• mantenga le prestazioni per decenni.

Per una tecnologia life-safety questa prudenza è particolarmente importante.

Il 2×4 a 100 mph non è un test “cinematografico”, ma un requisito ingegneristico molto preciso

L’utilizzo di una tavola di legno può sembrare rudimentale, ma rappresenta un modo standardizzato per simulare debris sufficientemente comune e pericoloso.

Nel quadro ICC 500, la velocità del missile dipende dal tornado design speed. Ai livelli più elevati, per superfici verticali si arriva al riferimento di 100 mph con un 2×4 da 15 lb.

Il test non valuta soltanto se il proiettile attraversi completamente la parete. Devono essere osservati danni, perforazione, distacchi e capacità del sistema di mantenere l’involucro protettivo.

Per porte e altri impact-protective systems, inoltre, vengono testate le assemblies complete, non semplicemente il materiale del pannello.

Questo principio sarà importante anche per il 3DCP. Il fatto che un blocco da laboratorio fermi il missile non dimostrerebbe necessariamente che lo stesso blocco, collegato ad altri attraverso un determinato giunto, mantenga identiche prestazioni.

La porta potrebbe essere più difficile della parete

Uno storm shelter necessita inevitabilmente di un accesso. Una porta è un’interruzione nella continuità strutturale e introduce:

• telaio;
• cerniere;
• serrature;
• ancoraggi;
• interfaccia porta-parete.

Esistono già porte specificamente testate e listed secondo ICC 500. Per un eventuale shelter 3D printed la soluzione più logica potrebbe quindi essere integrare un assembly commerciale già qualificato, invece di tentare di stampare anche il sistema di chiusura.

La vera sfida diventerebbe garantire che l’ancoraggio fra door frame e parete stampata possa trasferire le stesse pressioni e forze per le quali la porta è stata testata.

È un ottimo esempio del motivo per cui la qualificazione di un nuovo materiale da costruzione non può essere eseguita isolatamente dal resto dell’edificio.

Anche la fondazione resta essenziale

FEMA sottolinea che una safe room deve essere correttamente ancorata per resistere a overturning e uplift. Una struttura estremamente robusta ma appoggiata semplicemente sul terreno potrebbe essere spostata o ribaltata.

Per un sistema modulare questo introduce una seconda interfaccia critica: printed wall → base → foundation.

Se l’obiettivo finale è servire manufactured housing communities a basso costo, la fondazione dovrà probabilmente essere semplice da costruire e standardizzabile. Ma non può essere eliminata soltanto perché la parete viene stampata.

L’economia del sistema dovrà quindi comprendere:

• produzione dei moduli;
• trasporto;
• gru o mezzi di movimentazione;
• fondazione;
• ancoraggi;
• tetto;
• porta;
• ventilazione;
• assemblaggio;
• controlli;
• permessi.

Confrontare soltanto il costo al metro cubo del calcestruzzo stampato con quello di un blocco tradizionale sarebbe poco significativo.

Il costo è ancora completamente aperto

Greenlee è molto prudente su questo punto. La ricerca comprende anche economic feasibility, ma non è ancora stato dimostrato che il sistema risulti più economico di una struttura tradizionale in cemento armato, acciaio o precast.

La construction 3D printing può ridurre:

• manodopera per casseforme;
• materiale utilizzato nelle zone non strutturalmente necessarie;
• numero delle forme dedicate;
• tempi di fabbricazione di geometrie complesse.

Può però aumentare:

• costo della miscela stampabile;
• controllo qualità;
• ammortamento della stampante;
• sviluppo del processo;
• trasporto di moduli;
• engineering specifico;
• testing iniziale.

La libertà geometrica ha valore soprattutto se permette di ottenere la stessa o maggiore prestazione con meno materiale, non semplicemente se permette di costruire una parete dall’aspetto più complesso.

La geometria deve quindi dimostrare di “pagarsi” strutturalmente

Un tradizionale muro massiccio potrebbe fermare un projectile aumentando semplicemente lo spessore. Il risultato sarebbe relativamente semplice ma pesante e costoso.

La stampa 3D può seguire una logica diversa:

• aumentare materiale soltanto sul percorso principale del carico;
• creare camere interne;
• curvare le superfici;
• introdurre deflettori;
• utilizzare forme sacrificabili;
• modificare l’orientamento degli strati.

Se il modulo riesce a fermare lo stesso impatto utilizzando significativamente meno massa, il beneficio economico e logistico potrebbe diventare molto interessante.

Se invece la geometria richiedesse lo stesso volume di materiale di una parete piena più una macchina costosa, il vantaggio diminuirebbe drasticamente.

È proprio questo tipo di confronto che serve prima di parlare di “affordable printed storm shelters”.

Esiste già un progetto FEMA BRIC collegato a Shelby Doyle e ICON, ma non va confuso automaticamente con ogni prova Kansas State

La ricerca si inserisce in un ecosistema più ampio. Il profilo ufficiale di Shelby Doyle presso Iowa State specifica che la docente è principal investigator di un FEMA Building Resilient Infrastructure and Communities grant destinato alla valutazione strutturale di storm/tornado shelters stampati in 3D in collaborazione con ICON Build, uno dei principali operatori statunitensi della construction printing.

Documenti pubblici relativi ai finanziamenti federali indicano inoltre una voce di project scoping per concrete 3D printed construction ad Ames, Iowa, nell’ordine di circa 128.000 dollari.

È un collegamento molto interessante, ma le fonti Kansas State dedicate al progetto Greenlee non dichiarano che ogni modulo illustrato nell’articolo sia prodotto da ICON o finanziato esattamente attraverso quello stesso award.

È quindi più corretto descrivere i due lavori come ricerche strettamente collegate attraverso Doyle e il CCL, evitando di attribuire automaticamente il printer o il finanziamento di un progetto all’altro senza documentazione specifica.

La ricerca si inserisce in un settore ancora privo di una normativa strutturale completamente matura

L’American Concrete Institute dispone di un apposito Committee 564 – 3-D Printing with Cementitious Materials, che sta lavorando a pubblicazioni, metodologie di testing, material evaluation, structural design e integrazione della tecnologia con le altre normative del cemento.

Il fatto stesso che nel 2026 siano ancora programmati incontri specifici su Additive Construction Standard and Design Guidance evidenzia che il settore non dispone ancora dello stesso livello di standardizzazione del cemento armato convenzionale.

Questo non significa che una struttura stampata non possa essere approvata. Significa che il designer deve spesso dimostrare sperimentalmente prestazioni che per materiali e sistemi tradizionali possono essere calcolate attraverso decenni di norme, coefficienti e dettagli costruttivi consolidati.

Per uno storm shelter, dove l’obiettivo è life safety, l’onere della prova è inevitabilmente elevato.

Dal prototipo allo shelter realmente installabile

Il progetto è interessante proprio perché non cerca di stampare semplicemente una parete tradizionale

Una critica frequente alla construction 3D printing è che diversi progetti utilizzano una tecnologia molto sofisticata per produrre forme che potrebbero essere realizzate più facilmente con blocchi o calcestruzzo convenzionale.

La ricerca Kansas State segue invece una strada tecnicamente più interessante: utilizza print path, directional behavior e internal geometry come variabili strutturali.

Se la superficie curva riesce a deviare il projectile, se il reticolo interno assorbe energia e se l’orientamento dei layer riduce la propagazione delle fessure, la stampa non è più semplicemente un diverso metodo di costruzione. Diventa parte della progettazione della resistenza all’impatto.

È esattamente il tipo di applicazione nel quale la libertà geometrica dell’additive manufacturing può giustificare il processo.

Gli stessi principi potrebbero estendersi oltre i tornado

Un risultato positivo avrebbe implicazioni potenzialmente più ampie:

• hurricane shelters;
• protective barriers;
• blast-resistant infrastructure;
• roadside barriers;
• protective walls;
• debris barriers;
• infrastrutture per eventi climatici estremi.

Non significa che la stessa geometria possa essere utilizzata automaticamente in tutte queste applicazioni. Un carico blast, per esempio, ha caratteristiche molto differenti dall’impatto di un 2×4. Ma la metodologia — progettare digitalmente il percorso con cui una struttura cementizia assorbe energia — è trasferibile.

Il dual-use potrebbe essere decisivo per rendere economicamente sensato uno shelter comunitario

Uno dei concetti più convincenti di Greenlee riguarda l’utilizzo quotidiano della struttura. In una manufactured home community potrebbe diventare:

• sala comune;
• spazio per riunioni;
• piccola palestra;
• struttura ricreativa;
• centro di servizio;
• punto di incontro.

Quando viene emesso un tornado warning, lo stesso spazio diventa shelter.

Questo modello risolve almeno in parte il problema economico citato da Fabbaloo. Un rifugio puro è una forma di assicurazione fisica: si investono risorse sperando di non doverlo utilizzare mai. Un edificio dual-purpose genera invece valore tutti i giorni.

La construction 3D printing può favorire questa strategia perché permette di abbandonare il classico aspetto da bunker e creare geometrie architettonicamente più gradevoli senza dover costruire casseforme speciali per ogni curva.

È probabilmente questo l’aspetto sociale più importante della ricerca

Greenlee collega esplicitamente il progetto anche allo stigma che storicamente circonda parte della manufactured housing. La sua idea è che queste comunità non debbano ricevere semplicemente un piccolo bunker standardizzato nascosto in fondo al lotto, ma possano avere un’infrastruttura comunitaria progettata architettonicamente che contemporaneamente soddisfi una funzione di sicurezza estrema.

È una differenza apparentemente sottile ma importante. La tecnologia diventa interessante non soltanto perché automatizza il cemento, ma perché permette di combinare più requisiti in un’unica costruzione.

Non bisogna però confondere la libertà geometrica con la sostenibilità automatica

La stampa 3D del calcestruzzo viene frequentemente descritta come più sostenibile perché elimina casseforme e permette di depositare materiale soltanto dove necessario. È un vantaggio possibile, non garantito.

Le miscele stampabili utilizzano spesso elevati quantitativi di binder e componenti fini per ottenere contemporaneamente:

• pumpability;
• extrudability;
• shape retention;
• early strength.

Poiché il cemento Portland è una delle principali fonti di emissioni incorporate del calcestruzzo, una geometria che usa meno volume potrebbe comunque avere un’impronta significativa se la miscela impiega molto più cemento per metro cubo.

Doyle sta lavorando anche su local low-carbon materials for 3D printing, segnale che il gruppo è consapevole di questa problematica.

Per dimostrare una vera riduzione ambientale servirebbe quindi confrontare l’intero shelter attraverso LCA:

• materiali;
• stampa;
• trasporto;
• fondazione;
• assemblaggio;
• manutenzione;
• durata;
• fine vita.

La modularità potrebbe essere più importante della velocità di stampa

Gran parte della comunicazione 3DCP enfatizza il numero di ore necessario per costruire una parete. Nel contesto degli storm shelter, il vantaggio maggiore potrebbe invece essere la possibilità di creare una unità standard riproducibile e trasportabile.

Una fabbrica potrebbe stampare continuamente moduli, testarli attraverso procedure standard e inviarli nelle comunità secondo necessità.

Il concetto sarebbe simile a una produzione precast industrializzata, ma senza stampi:

1. il progetto viene aggiornato digitalmente;
2. la stessa linea produce la nuova versione;
3. non serve fabbricare una nuova cassaforma;
4. i moduli vengono trasportati e assemblati.

Se una modifica dei test dimostrasse che una parete necessita di un deflettore più profondo o di una differente percentuale di infill, il cambiamento potrebbe essere implementato modificando il file invece dello stampo.

La vera domanda è se questa libertà valga abbastanza da compensare le difficoltà del 3DCP

È questo il test economico definitivo. Il precast concrete convenzionale è una tecnologia estremamente matura, veloce, altamente automatizzata e capace di produrre pareti resistenti a costi competitivi.

Il 3DCP non deve quindi confrontarsi con la costruzione artigianale più inefficiente possibile, ma con un’industria del prefabbricato molto ottimizzata.

Può vincere se:

• usa significativamente meno materiale;
• elimina reinforcement complesso;
• integra funzioni geometriche;
• riduce tooling;
• permette più varianti sulla stessa linea;
• semplifica il montaggio;
• abbassa il costo totale.

Se non raggiunge questi risultati, la parete stampata potrebbe rimanere una soluzione tecnicamente affascinante ma economicamente meno efficace di un normale pannello prefabbricato.

Il progetto Kansas State è quindi ancora lontano da una comunità protetta da shelter stampati in 3D, ma pone la domanda giusta

Non abbiamo ancora uno storm shelter pronto da ordinare. Non abbiamo un prezzo. Non sappiamo se il prototipo fermerà il missile. Non sappiamo quale sarà l’armatura definitiva, come verranno progettati tutti i giunti, quale porta verrà integrata o quale sarà la durata a lungo termine.

Quello che esiste è una ricerca abbastanza concreta da essere arrivata dalla modellazione a moduli full-scale destinati a test fisici.

Ed è precisamente a questo livello che la construction 3D printing deve arrivare se vuole essere considerata una vera tecnologia strutturale: uscire dalle fotografie di pareti appena estruse e confrontarsi con requisiti di sicurezza che non concedono margini al marketing.

Uno storm shelter è forse uno dei test più severi possibili. La struttura può rimanere inutilizzata per anni e poi, per alcuni minuti, deve funzionare perfettamente contro un evento con conseguenze potenzialmente mortali.

Se Greenlee, Doyle e il team dimostreranno che orientamento dei layer, geometria a coil e modularità possono trasformare il calcestruzzo stampato in un sistema capace di soddisfare ICC 500, il risultato avrebbe un significato ben superiore alla costruzione di un altro edificio 3D printed.

Dimostrerebbe che l’additive construction può essere progettata non soltanto per realizzare forme, ma per controllare direttamente il comportamento strutturale sotto un carico estremo.

Per ora, però, il prossimo dato importante non sarà una nuova immagine renderizzata di un rifugio. Sarà molto più semplice e molto più significativo: cosa succederà quando una tavola 2×4 da quasi sette chilogrammi colpirà il modulo stampato a circa 160 km/h.