KNUBA, Stony Brook University e università polacca Śniadecki uniscono forze per il calcestruzzo 3D che usa le macerie

Progetto di KNUBA per miscele di calcestruzzo con materiali riciclati
L’Università Nazionale di Costruzione e Architettura di Kyiv (KNUBA) ha avviato un’iniziativa biennale volta a mettere a punto nuove formulazioni di calcestruzzo che integrino frammenti di macerie edilizie e altri rifiuti industriali e agricoli. Queste miscele saranno impiegate sia nei metodi tradizionali di costruzione sia nelle applicazioni di stampa 3D, con l’obiettivo di accelerare la ricostruzione delle infrastrutture compromesse dal conflitto in Ucraina. Il progetto si propone di creare una soluzione replicabile per interventi di ricostruzione post-crisi, capace di combinare rapidità di realizzazione, costi contenuti e sostenibilità ambientale.

Collaborazioni internazionali e finanziamenti
L’iniziativa di KNUBA è cofinanziata dall’Ufficio di Ricerca Navale degli Stati Uniti (U.S. Office of Naval Research) e dalla National Science Foundation (NSF). Il progetto rientra nel più ampio programma International Multilateral Partnership for Resilient Education and Science System in Ukraine (IMPRESS-U), guidato dall’Office of International Science and Engineering (OISE) della NSF. Al fianco di KNUBA operano esperti di Stony Brook University negli Stati Uniti e del Jan and Jędrzej Śniadecki University of Technology and Life Sciences in Polonia. Grazie a questo partenariato, sono messe a disposizione competenze scientifiche e tecnologiche multidisciplinari, in grado di coprire tutte le fasi, dalla ricerca sui materiali fino alla sperimentazione in cantiere.

Obiettivi strategici del progetto
Il titolo ufficiale dell’iniziativa è “Sviluppo di nuovi approcci e materiali strutturali per il recupero delle infrastrutture danneggiate in Ucraina, con attenzione alla sostenibilità ambientale”. Le finalità principali sono:

• Elaborare miscele di calcestruzzo che includano scarti provenienti da edifici distrutti, insieme a rifiuti prodotti dall’industria e dall’agricoltura;

• Adattare tali formulazioni a tecniche di stampa 3D e a sistemi tradizionali di getto, per garantire sia versatilità d’uso sia rapidità di posa in opera;

• Realizzare prototipi di strutture essenziali (abitazioni, piccoli ponti, pannelli di rivestimento) con procedure snelle, capaci di ridurre l’impatto sul territorio e limitare l’impiego di risorse vergini;

• Sviluppare un modello operativo e tecnologico esportabile non solo in Ucraina, ma anche in altri Paesi colpiti da calamità o conflitti, al fine di supportare programmi di ricostruzione sostenibile e a basso costo.

L’esigenza di ripristinare rapidamente edifici residenziali, scuole, ospedali e infrastrutture logistiche richiede soluzioni che siano al tempo stesso economiche e facili da implementare. Il progetto punta a coprire queste necessità, sperimentando materiali di scarto locali — dalla ghiaia di fondazione alle mattonelle frantumate, fino a residui di scarti alimentari solidificati — per creare prodotti in grado di garantire resistenza meccanica e isolamento termico.

Sperimentazione delle tecnologie di stampa 3D
Una parte rilevante del progetto si concentra sulla stampa 3D di elementi in calcestruzzo. In questo ambito, KNUBA sta studiando modalità per ottimizzare la pompa del materiale estruso, la formulazione degli additivi per garantire viscosità adeguata e tempi di presa ridotti, nonché la progettazione di estrusori compatibili con macchine di media e grande portata. Il ricorso alla stampa 3D offre vari vantaggi, tra cui:

• Riduzione delle tempistiche di costruzione: layer su layer, le pareti di un’abitazione possono essere realizzate senza attese prolungate per la maturazione del calcestruzzo;

• Risparmio di manodopera: molte operazioni di posa e di controllo vengono automatizzate, con un singolo operatore in grado di gestire la macchina;

• Minore spreco di materiale: l’estrusione controllata consente di depositare il solo quantitativo necessario, evitando getti in eccesso e superfici da rifinire in seguito;

• Possibilità di creare geometrie complesse: archi, elementi di curva e intercapedini isolanti possono essere progettati digitalmente e realizzati senza complicazioni in cantiere.

Nel corso dei prossimi due anni, saranno condotti test su moduli abitativi stampati in loco, tenendo conto di condizioni climatiche variabili, come i freddi inverni ucraini o le estati umide. Inoltre, si valuterà il comportamento delle strutture sotto carico statico e dinamico, simulando eventi sismici di bassa intensità per verificare la duttilità delle pareti in conglomerato riciclato.

Ruolo di Sustainable Concrete Innovations e CyBe Construction
L’impiego di tecnologie di stampa 3D non è un concetto nato in seno al progetto di KNUBA: già nel 2024, la società statunitense Sustainable Concrete Innovations (SCI), con sede in Ohio, ha applicato la stampa 3D per edifici residenziali. SCI si è avvalsa di macchine fornite da CyBe Construction, azienda olandese specializzata in sistemi di estrusione per calcestruzzo. In quegli interventi, SCI ha realizzato pareti esterne e partizioni interne di abitazioni riducendo i costi di manodopera e minimizzando la dispersione di materiale. Le esperienze di SCI hanno dimostrato la fattibilità di integrare elementi stampati in 3D all’interno di processi edilizi convenzionali, con un impatto positivo sui tempi di consegna e sulle emissioni legate al trasporto del calcestruzzo.

Progetti paralleli nel contesto internazionale
Un altro esempio di applicazione di stampa 3D in ambito edilizio è il programma promosso dal Programma di Sviluppo delle Nazioni Unite (UNDP) in collaborazione con l’azienda italiana WASP, impegnata nella produzione di stampanti 3D destinate a zone rurali e isolate. In Colombia, il team UNDP–WASP ha utilizzato la stampante Crane WASP per realizzare moduli costruttivi con materiali locali, tra cui terre argillose e residui agricoli, offrendo soluzioni abitative per comunità colpite da alluvioni. Il modello Coltura, adottato in quelle aree, può funzionare con generatori portatili e si adatta a suoli di difficile stabilizzazione. L’esperienza colombiana rappresenta un caso di studio per KNUBA, che da essa trae ispirazione per migliorare la resilienza delle infrastrutture e sfruttare risorse locali anche in contesti più ostili.

Prospettive di impiego e risultati attesi
Tra i risultati concreti attesi dal progetto di KNUBA vi sono:

• Una o più formulazioni brevettabili di calcestruzzo contenente percentuali crescenti di rifiuti riciclati, con prove di compressione e trazione in laboratorio fino a raggiungere valori comparabili a quelli del calcestruzzo tradizionale;

• Linee guida per la preparazione e la gestione delle scorte di materiale di scarto in cantiere, comprese le procedure di cernita, frantumazione e macinazione;

• Prototipi costruttivi stampati in 3D, come pareti portanti, pannelli prefabbricati e sistemi di tamponatura, testati all’aperto per verificarne la resistenza agli agenti atmosferici;

• Un manuale operativo rivolto a ingegneri civili, imprese e organizzazioni non governative, con istruzioni dettagliate sull’allestimento di cantieri “pochi materiali in entrata”, in grado di operare con budget ridotti e limitata disponibilità di energia elettrica;

• Un modello di trasferimento tecnologico congiunto a Stony Brook University e all’Università polacca Śniadecki, per permettere la sperimentazione di analoghe soluzioni in altri Stati e continenti.

Benefici ambientali e socioeconomici
L’adozione di un calcestruzzo ricavato da detriti edilizi e rifiuti industriali comporta una riduzione della domanda di risorse naturali primarie, come sabbia e ghiaia vergini, spesso necessarie in grandi quantità nei cantieri tradizionali. In questo modo diminuiscono anche i costi di trasporto e i consumi di energia, fattori critici nelle zone di guerra o in aree dove la logistica è problematica. Inoltre, valorizzare materiale di scarto consente di ridurre i volumi di macerie depositate in discarica, mitigando l’impatto ambientale legato allo smaltimento dei rifiuti. Dal punto di vista sociale, le famiglie potranno riottenere soluzioni abitative in tempi contenuti, favorendo un ritorno graduale alla normalità e sostenendo le microeconomie locali, poiché la raccolta e il trattamento dei materiali di riciclo richiedono manodopera e favoriscono la nascita di piccole imprese nei territori coinvolti.

Diffusione del modello e replicabilità
Un aspetto cruciale del progetto è la sua articolazione come modello replicabile in altri contesti di post-conflitto o post-disastro. KNUBA prevede di organizzare workshop e corsi di formazione per ingegneri, architetti e operatori del non-profit, affinché possano trasferire sul territorio ucraino e, successivamente, in altre aree d’Europa orientale, le competenze tecniche sviluppate. La collaborazione con l’Università di Stony Brook e il Politecnico Śniadecki faciliterà la diffusione accademica dei risultati, mentre la condivisione dei dati sperimentali attraverso piattaforme aperte garantisce trasparenza e favorisce la messa a punto di soluzioni successive, alimentate da feedback dal campo.