Quanto possiamo costruire in altezza? Materiali e metodi di costruzione per i grattacieli del futuro

Molti urbanisti prevedono che entro il 2050 più di 6 miliardi di persone vivranno nelle città, e nei luoghi in cui costruire verso l’esterno non è un’opzione, l’unico modo per tenere il passo con la crescente densità è costruire. Costruire più in alto comporta sempre numerose sfide e anche una competizione non così sottile per gli studi di architettura per legare il proprio nome agli edifici più grandi. Quasi con la stessa rapidità con cui un edificio viene nominato uno dei più alti del mondo, un altro si fa strada verso il tavolo da disegno, prendendo il titolo qualche anno dopo. Sebbene il cielo sia il limite, che impatto ha questo sulla costruibilità dei progetti e quali prodezze di metodi e materiali di costruzione ci hanno permesso di costruire tra le nuvole?

Innanzitutto è importante capire come definire tecnicamente gli edifici alti. Il Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH) definisce due sottogruppi di edifici che raggiungono altezze significative. Un edificio "super alto" è definito come alto 300 metri (984 piedi) o più, e una struttura "megatall" raggiunge almeno 600 metri (1.968 piedi) di altezza. Al ritmo odierno, ogni anno viene completato almeno un grattacielo super alto, con 132 grattacieli super alti che hanno completato la costruzione a giugno 2020. Il Burj Khalifa è ancora il grattacielo più alto del mondo, misura 2.722 piedi, o poco più di mezzo miglio. Recentemente, dopo 8 anni di costruzione, il Merdeka 118 in Malesia ha completato la costruzione e misurava solo 500 piedi più corto del Burj Khalifa. Si prevede che il primo edificio al mondo alto un miglio potrebbe essere completato entro i prossimi 30 anni, introducendo anche una nuova tendenza di edifici che superano i 3.200 piedi di altezza.

Gli edifici alti presentano tutti i tipi di problemi meccanici e strutturali. Quanto tempo le persone aspetteranno l'ascensore quando viaggiano dall'atrio al 200° piano? In che modo gli edifici megalitici resisteranno alle forze naturali che possiamo prevedere e a quelle che non possiamo prevedere? Molti di questi problemi vengono risolti hackerando i materiali e i sistemi moderni che già conosciamo e creandone di nuovi che supportino un settore edile innovativo.

Uno dei problemi principali quando si costruiscono strutture alte è la capacità di mantenere i materiali da costruzione vicino al sito, poiché l'impronta dell'edificio e l'area circostante sono generalmente piccole, soprattutto nelle aree urbane. Ciò crea problemi per la costruzione degli elementi del telaio, poiché i pannelli prefabbricati vengono spesso portati in cantiere non appena terminati a causa della loro incapacità di essere immagazzinati. Tuttavia, molti appaltatori utilizzano ora un processo di costruzione delle pareti inclinate, che consente loro di versare e assemblare i pannelli in loco e di utilizzare una gru per sollevarli in posizione.

Anche i grattacieli stanno guardando alle alternative all’acciaio, ma con l’aumento dell’altezza dell’edificio, il suo peso diventa un problema significativo. L'alluminio offre un'alternativa leggera grazie al suo semplice processo di estrusione che gli consente di adattarsi a una varietà di forme per quasi tutti i progetti di facciata. Reagisce bene anche alle sollecitazioni degli elementi strutturali interni e alle forze esterne come i rapidi cambiamenti delle temperature e le perturbazioni sismiche dovute ai terremoti. La fibra di carbonio è un altro materiale emergente, anch’esso leggero, ma caratterizzato da lunghi fili intrecciati insieme per formare una struttura simile a un tessuto. Di conseguenza, è significativamente più resistente dell’acciaio, consentendone l’implementazione in edifici che ricevono carichi ad alto impatto. Le fibre di carbonio si stanno già facendo strada negli elementi prefabbricati in calcestruzzo. Inserendo la rete nella miscela di calcestruzzo invece della tradizionale rete in acciaio, il peso complessivo dell'unità strutturale diminuisce, consentendone il sollevamento in posizione in sicurezza e la messa in sicurezza sapendo che mantiene una significativa integrità strutturale.

Ancora più lungimiranti sono le idee su come potrebbe essere il futuro del calcestruzzo. Il calcestruzzo è rimasto sostanzialmente invariato per centinaia di anni. Sebbene sia estremamente durevole, molte persone spingono per nuove alternative poiché continua a essere una delle principali fonti di emissioni di CO2. Alcuni ricercatori stanno esaminando i biocementizi, che hanno la capacità di guarire le proprie crepe aggiungendo batteri calcarei che possono prolungare la vita del calcestruzzo fino a duecento anni. Anche il legno, che sembra improbabile che venga mai utilizzato come elemento strutturale principale in una struttura megatall, sta trovando una nuova vita nelle strutture in legno lamellare a strati incrociati che gli conferiscono una resistenza paragonabile all’acciaio. Per dimostrare le capacità del legno, Sumitomo Forestry, uno studio di progettazione con sede in Giappone, ha recentemente rivelato i suoi piani per costruire una struttura in legno alta 350 metri a Tokyo. Edifici più alti sono proprio all'orizzonte, e i materiali e i metodi di costruzione stanno rapidamente recuperando terreno per poter trasformare questi sogni alti un miglio in realtà.