Interno data center sotto volta stereotomica

Additive Stereotomy – Sistemi voltati stampati in 3D

Un nuovo sistema costruttivo che unisce la stereotomia tradizionale con la fabbricazione additiva per realizzare spazi voltati ottimizzati.

2018 · Ricerca / New York · Installazione e ricerca · 3D Printed Design + Digital & Parametric Design

Dall'arte del taglio della pietra alla scienza dell'aggiunta

La stereotomia, l'arte di tagliare materiali solidi in blocchi che si incastrano per formare strutture autoportanti, ha generato le volte in pietra più straordinarie dell'architettura occidentale e islamica. Ma dal XVIII secolo, con l'avvento del calcestruzzo armato e dell'acciaio, questa disciplina è caduta in un oblio durato oltre due secoli. Additive Stereotomy nasce dalla convinzione che le tecnologie dell'Industria 4.0 possano riaprire la strada alla costruzione di forme voltate complesse, rendendole più semplici, economicamente efficienti e strutturalmente ottimizzate.

Il sistema progettato da Barberio e Colella, in collaborazione con Summum Engineering, ribalta la logica costruttiva tradizionale: una serie di archi adiacenti staticamente indipendenti copre un grande spazio aperto, formando una 'falsa volta' dove ogni arco resiste solo al proprio peso e ai carichi di precompressione. Questo schema elimina le criticità delle volte tradizionali: in caso di sisma ogni arco risponde indipendentemente, riducendo il rischio di collasso globale; e la copertura può essere traforata per far entrare luce naturale senza comprometterne la stabilità.

Ogni concio è ottimizzato topologicamente: non più blocchi pieni ma elementi con percentuale variabile di cavità interne, progettati per ottenere uno stato di sollecitazione costante. La fabbricazione avviene con tecnologia binder jetting (ma anche per estrusione di materiale), ovvero stampanti 3D industriali che solidificano polveri di materiali lapidei in componenti ad alta precisione. Il progetto è sviluppato interamente in Grasshopper, creando una sinergia tra design parametrico e ingegneria computazionale.

La prima applicazione progettuale è stata presentata al New York Institute of Technology nel 2018, nell'ambito della mostra Stereotomy 2.0 curata da Giuseppe Fallacara e Christian Pongratz: una rivisitazione della Biblioteca Nazionale di Boullée, dove al posto dei libri si trovano server e supercomputer, analoghi contemporanei per la conservazione della conoscenza umana.

Render & Foto

Render esterno Additive Stereotomy contesto invernale

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Scheda tecnica

Luogo: New York (presentazione) / progetto di ricerca
Anno: 2018
Committente: Ricerca accademica
Tipologia: Sistema costruttivo / ricerca / installazione
Stato: Concept + prototipo a scala ridotta
Progettisti: Maurizio Barberio, Micaela Colella
Collaboratori: Diederik Veenendaal (Summum Engineering, ingegneria strutturale), Concr3de (tecnologia di fabbricazione additiva), Simone Rutigliano (ottimizzazione topologica, follow up per la tesi di laurea svolta presso il Politecnico di Bari, 2020)
Premi: Presentato alla mostra Stereotomy 2.0, NYIT, curata da G. Fallacara e C. Pongratz
Pubblicazioni: Springer Nature (Digital Wood Design, Architettura 4.0), Nexus Network Journal
Materiali principali: Polveri di materiali lapidei solidificate con binder jetting (tecnologia Concr3de), cavi di precompressione

Disegni tecnici

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È possibile costruire strutture voltate complesse senza i costi e i limiti della costruzione tradizionale?

Le volte in pietra richiedono centine provvisorie costose, manodopera specializzata di difficile reperimento e materiali massivi. Le strutture in calcestruzzo armato sono più semplici ma producono geometrie ripetitive. Additive Stereotomy propone una terza via: archi prefabbricati in 3D con conci ottimizzati topologicamente, assemblabili e disassemblabili grazie alla precompressione con cavo centrale. Il risultato è una struttura voltata che usa la quantità minima di materiale necessaria, concentrando la massa resistente solo dove serve, un principio possibile solo grazie alla progettazione computazionale e alla fabbricazione additiva.

Domande frequenti

La stereotomia è la scienza del taglio dei solidi in blocchi che si assemblano per formare strutture autoportanti, è il principio alla base delle volte in pietra medievali e rinascimentali. Nell'architettura contemporanea, la stereotomia digitale aggiorna questa disciplina con modellazione parametrica e fabbricazione digitale, permettendo geometrie che il taglio manuale non potrebbe realizzare. Additive Stereotomy porta il concetto un passo avanti: i blocchi non sono più tagliati (sottratti) da un solido, ma costruiti strato dopo strato con stampa 3D, eliminando lo spreco di materiale e permettendo cavità interne ottimizzate.

Nelle volte tradizionali i conci sono pieni, con sezioni maggiori alla base e più sottili in chiave. In Additive Stereotomy la sezione resta costante, ma i conci si svuotano progressivamente dall'interno: alla base sono quasi pieni, in chiave presentano una percentuale elevata di cavità. Questa distribuzione è calcolata computazionalmente per ottenere uno stato di sollecitazione interno costante in ogni punto dell'arco, il materiale è presente solo dove serve, eliminando la massa strutturalmente inutile.

Due vantaggi principali. Primo: in caso di sisma, ogni arco risponde indipendentemente alle sollecitazioni, evitando il collasso a catena tipico delle volte tradizionali dove ogni parte dipende dalle altre. Secondo: la copertura può essere traforata tra un arco e l'altro per far entrare luce naturale zenitale e inserire illuminazione artificiale, senza compromettere la stabilità, cosa impossibile in una volta tradizionale dove ogni apertura è un punto di debolezza strutturale.

Non si tratta di sostituzione ma di evoluzione. La fabbricazione additiva (stampa 3D) elimina tre limiti della lavorazione sottrattiva tradizionale: lo spreco di materiale (nella pietra tagliata, fino al 60% diventa scarto), le limitazioni nelle geometrie realizzabili, e i costi di smaltimento. Con il binder jetting, polveri di materiali lapidei (incluse quelle derivate dagli scarti di cava) vengono solidificate in blocchi con geometrie interne complesse impossibili da ottenere con il taglio. Il risultato è un componente che ha l'aspetto e le proprietà della pietra ma è fabbricato senza sottrarre materiale.

Barberio Colella Architetti è tra i pochissimi studi al mondo che combinano ricerca sulla stereotomia digitale con applicazioni di fabbricazione additiva architettonica. Maurizio Barberio è autore del saggio scientifico ’An Unfinished Manifesto for Stereotomy 2.0’ pubblicato sulla rivista internazionale Nexus Network Journal (2018), considerato il testo fondativo della stereotomia digitale contemporanea. Lo studio ha collaborato con Summum Engineering per l’ingegneria computazionale. Il progetto elaborato in seguito dallo studio Urban Dunes ad Abu Dhabi (2020) dimostra l’applicazione di questi principi a scala urbana. ---

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Se stai esplorando strutture voltate, coperture complesse o componenti architettonici con geometrie non standard, BCA ha le competenze di ricerca e progettazione per tradurre il concept in un sistema costruibile con fabbricazione additiva.

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