Una professoressa all’Università dell’Arkansas ha recentemente ricevuto un importante finanziamento per espandere la sua ricerca sull’uso del suolo come materiale di stampa 3D. Michelle Bernhardt-Barry, assistente professore di ingegneria civile presso l’Università dell’Arkansas, ha ricevuto un premio di 500.000 dollari per lo sviluppo delle carriere della Facoltà dalla National Science Foundation. Sta studiando la struttura del terreno e come renderla più efficace per sopportare carichi pesanti, in vista della stampa 3D del materiale del suolo ottimizzato in progetti di costruzione futuri.
La ricerca di Bernhard-Barry ha esplorato i modi in cui le diverse strutture naturali possono rispondere alle richieste di carichi pesanti. “La natura ha molti esempi di materiali con struttura gerarchica che dimostrano la massima efficienza attraverso vari pattern cellulari o geometrici, driver biologici e altri meccanismi di supporto”, ha detto. “Questi meccanismi massimizzano la forza e la resistenza riducendo al minimo il consumo di materiale ed energia.”
Un buon esempio di strutture gerarchiche naturali è il nido d’ape. La forma geometrica del nido d’ape, con la sua disposizione di celle esagonali aperte, gli conferisce una forza che le sue proprietà materiali da sole non potrebbero fornire. I progetti di costruzione spesso si basano sul suolo come base e hanno tentato in passato di migliorare la resistenza del materiale aggiungendo cemento o altri aggregati. Bernhard-Barry ritiene che potrebbe essere più efficace sfruttare le strutture naturali come il nido d’ape al fine di ottimizzare la disposizione granulare del terreno stesso, piuttosto che aggiungere qualcosa in più.
La sua ricerca studierà ulteriormente le geometrie delle strutture gerarchiche naturali che sono meccanismi di carico efficienti e svilupperà modelli di laboratorio e su scala in base ad esse. Spera quindi di utilizzare la tecnologia di stampa 3D per incorporare queste strutture in campioni di terreno, migliorando la sua forza attraverso una disposizione ottimizzata degli strati.
Per i progetti di costruzione che si basano su o con il terreno, i campioni del terreno verranno raccolti e quindi migliorati mediante la stampa 3D. Invece di fare affidamento su terreni inferiori o aggiungere materiali extra come il cemento che sono spesso costosi e difficili da reperire, l’uso di strati di terreno stampati in 3D sarebbe molto più efficiente ed economico. Gli strati di terreno stampati in 3D possono anche essere personalizzati per esigenze specifiche della posizione, come fondazioni poco profonde, colonne aggregate, rastrellamenti leggeri, pozzi di alluvione e filtri di argini o dighe.
Questa ricerca del suolo stampata in 3D potrebbe rivelarsi particolarmente utile per progetti di costruzione in aree sottosviluppate in cui le risorse sono limitate e per la costruzione in condizioni estreme. Ottimizzare le disposizioni del suolo attraverso la tecnologia di stampa 3D sarebbe un buon modo per migliorare la costruzione in aree che sono state colpite da guerre o disastri naturali. Inoltre, in futuro, questo terreno stampato in 3D potrebbe essere utilizzato anche nella costruzione di strade, edifici e altre infrastrutture in aree remote come l’Antartide o persino la Luna e Marte, dove sarebbe difficile consegnare materiali e attrezzature convenzionali.
Abbiamo già parlato delle potenzialità della tecnologia di stampa 3D nel settore delle costruzioni, con varie strutture in cemento stampato 3D già completate in tutto il mondo, e questa espansione della gamma di possibili materiali da costruzione 3D stampabili indica la via da seguire per un eventuale rivoluzione nel modo in cui vengono realizzati i progetti di costruzione.
