Ngôi làng mới ở Tanzania sử dụng công nghệ in 3D bằng đất sét trong kiến trúc

Các ứng dụng tiềm năng này cũng ngày càng trở nên đa dạng, từ nhà ở giá rẻ đến căn cứ NASA được quy hoạch trên Mặt Trăng.

Bản vẽ trung tâm cộng đồng trong dự án Hope Village dự kiến sẽ bắt đầu xây dựng vào năm 2025. Ảnh: Courtesy Hassell and Imigo

Hầu hết các công trình in 3D đã được xây dựng bằng bê tông hoặc các chất xi măng giá rẻ và bền nhưng luôn đi kèm với lượng khí thải carbon lớn. Vì vậy, sự phát triển mới công nghệ in 3D bằng đất tại địa phương mở ra một hướng đi mới cho sản xuất nhà giá rẻ và thân thiện với môi trường trên toàn cầu.

Tại thị trấn Kibaha ở Tanzania, ngay phía tây thủ đô Dar es Salaam, một nhóm kiến trúc sư tiên phong đang chuẩn bị xây dựng một ngôi làng mới lấy công nghệ "in đất" 3D làm trọng tâm.

Được thực hiện bởi các công ty kiến trúc Hassell và ClarkeHopkinsClarke, cùng với tổ chức từ thiện One Heart, dự án Hope Village mang đến hy vọng giúp đỡ và cung cấp nhà ở cho trẻ em có hoàn cảnh khó khăn trên khắp đất nước.

Ngôi làng sẽ cung cấp trường học cho tối đa 480 trẻ em, cũng như chỗ ở, dịch vụ chăm sóc và đào tạo kỹ năng cho hàng chục trẻ em gái dễ bị tổn thương từ 3 đến 18 tuổi. Gần 50 tòa nhà được lên kế hoạch tại địa điểm này trong dự án. Đất đã mua sẽ sử dụng cho các khu vực canh tác và chăn nuôi, thể thao và khu vực giải trí.

Tòa nhà mang tính bước ngoặt của dự án Hope Village là một trung tâm cộng đồng, thiết kế theo công nghệ in 3D bằng đất tại địa phương sẽ trở thành hội trường trường học trong tuần và sau đó mở cửa cho cộng đồng để tổ chức các sự kiện vào cuối tuần.

Các kiến trúc sư nói rằng họ muốn sử dụng đất ngay tại địa phương để xây dựng trung tâm cộng đồng, nhưng hạn chế sử dụng đất nện, thường được nén chặt thành các bức tường dày, phẳng.

"Chúng tôi muốn đảm bảo tạo ra những bức tường có thể tạo không gian thoáng đãng cho tòa nhà nhưng đồng thời cũng muốn lấy ánh sáng tối đa", Xavier De Kestelier, Giám đốc thiết kế và đổi mới của công ty Hassell cho biết.

Việc đưa công nghệ in 3D và đất tại địa phương sẽ tạo ra thiết kế tường hở và "xốp". Đại diện từ công ty Hassell cho biết các bức tường sẽ được xây dựng bằng cách sử dụng đất có nguồn gốc tại địa phương và thiết kế gồm cả lưới thép mỏng giữa các lớp để gia cố.

Đất thích hợp để in 3D thường chứa 15% đến 30% đất sét, mang lại các đặc tính liên kết tự nhiên, mặc dù ông De Kestelier cho rằng các kiến trúc sư vẫn chưa quyết định có nên thêm vật liệu kết dính nào khác vào hỗn hợp tiếp hay không.

"Các bức tường sẽ không chịu lực, vì cấu trúc kim loại hỗ trợ mái nhô ra che phủ các bức tường. Mái nhà sẽ được làm từ những đoạn gỗ ngắn có nguồn gốc tại địa phương, được thiết kế liên kết cột từ mặt đất nhô lên cao và sau đó "phủ" mái bằng tấm kim loại", ông De Kestelier giải thích.

Thiết kế bản địa, công nghệ hiện đại

Kỹ thuật xây dựng bằng đất có từ thời tiền sử và có nhiều hình dạng, bao gồm gạch bùn và đất nện. Tuy nhiên, công nghệ in 3D bằng đất lần đầu tiên được thử nghiệm vào năm 2018. Tecla - Ngôi nhà 3D đầu tiên "in" từ đất sét có nguồn gốc địa phương do văn phòng kiến trúc Mario Cucinella Architects thiết kế và xây dựng gần Ravenna, Ý vào năm 2021.

Giống như bất kỳ tòa nhà nào được xây dựng mà không cần khung thép hoặc cốt thép, những công trình này đều dựa vào các hình dạng có tính toàn vẹn về mặt cấu trúc. Ở Tanzania, công nghệ in 3D sẽ tạo ra các lớp đất nén chặt trong các cột cong được kết nối với nhau, giúp không khí có thể lọc qua.

Ngoài hình dạng, độ bền kỹ thuật là một thách thức chính khi làm việc với đất. Bê tông là vật liệu đàn hồi có thể chịu được các yếu tố; đất thì không. Nhưng ông De Kestelier nhấn mạnh khi nói đến kiến trúc in 3D, chúng ta không cần sử dụng nhiều bê tông. Và các lựa chọn bền vững hơn sẽ mang đến tương lai bền vững vì được sử dụng đúng cách.

Mái nhà nhô ra ở trung tâm cộng đồng Tanzania cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các bức tường khỏi tác động xói mòn của mưa. Công ty Hassell cho biết họ được khuyến khích khi đến thăm dự án TOVA năm 2022 của IAAC, tòa nhà đầu tiên được in công nghệ in 3D và đất địa phương của Tây Ban Nha. Những bức tường này thực sự đã tồn tại trong một thời gian rất dài.

Do công nghệ mới xuất hiện gần đây, một số chuyên gia vẫn còn e ngại về tình trạng các tòa nhà sử dụng công nghệ in 3D trong dài hạn và nhắc đến "vùng xám" pháp lý tiềm ẩn liên quan đến các quy tắc cũng như quy định về xây dựng, vốn khác nhau tùy theo từng quốc gia và thường mang tính địa phương hóa cao.

Các kỹ sư tiên phong trong lĩnh vực xây dựng in 3D cho rằng "mọi sự cường điệu đều không có cơ sở".

Trong khi đó, những người bảo vệ công nghệ này nhấn mạnh đây là cách nhanh chóng và hiệu quả để xây dựng nhà ở và các công trình thấp tầng khác, vào thời điểm mà ngay cả một số quốc gia tiên tiến nhất về kinh tế cũng đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt nhà ở.

Di sản ngay lập tức

Dự án Hope Village sẽ được xây dựng bằng hệ thống in Crane WASP trị giá 160.000 euro (173.000 đô la), từng được sử dụng cho cả TOVA và TECLA.

"Kế hoạch không chỉ là sử dụng công nghệ mà còn mang công nghệ đến cho Tanzania và để lại di sản kiến trúc này ở đó. Là một phần trong cam kết của dự án về tiếp cận cộng đồng và đào tạo kỹ năng, các kiến trúc sư sẽ truyền đạt lại cho người dân địa phương cách sử dụng máy in 3D để người dân có thể học hỏi và xây dựng thêm các tòa nhà trong tương lai", ông De Kestelier cho biết.

"Đây là lần đầu tiên chúng tôi thử nghiệm phương pháp, với hy vọng có thể đạt được thành công", ông Mark Loughnan, Giám đốc thiết kế tại Hassell nói đồng thời bày tỏ mong muốn một ngày nào đó mô hình này có thể được triển khai ở các địa điểm khác.

Đối với Tiến sĩ Consola Elia, người sẽ giám sát ngôi nhà trẻ em trong dự án Hope Village nói rằng ông đang hiện thực hóa giấc mơ mà đã ấp ủ trong hơn 20 năm qua.

Công việc trên bản quy hoạch tổng thể đã bắt đầu, trong đó khu nhà ở đã được tiến hành và quá trình xây dựng trung tâm cộng đồng dự kiến sẽ triển khai vào đầu năm 2025.

"Chúng tôi muốn sử dụng công nghệ này để nâng cao trải nghiệm cuộc sống hàng ngày. Trong trường hợp này, chúng tôi cũng hy vọng gửi đến thông điệp giúp đỡ, chữa lành và giáo dục", ông Loughnan cho biết.

Hồng Nhung