Một ngôi làng mới ở Tanzania sẽ sử dụng kỹ thuật in 3D và đất để xây dựng

Xây dựng bằng máy in 3D đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, khi những tiến bộ trong công nghệ và khoa học vật liệu cho phép thiết kế lớn hơn và tham vọng hơn. Các ứng dụng tiềm năng cũng ngày càng đa dạng, từ nhà ở giá rẻ đến căn cứ NASA được quy hoạch trên Mặt Trăng.

Hầu hết các công trình in 3D đều được xây dựng bằng bê tông hoặc các chất xi măng có thể đổ được, rẻ, đáng tin cậy và bền - mặc dù, hầu như luôn đi kèm với lượng khí thải carbon lớn. Nhưng một sự phát triển mới trong lĩnh vực này có thể cung cấp một cách tiếp cận bền vững hơn: in 3D bằng đất.

Tại Kibaha, Tanzania, ngay phía tây Thủ đô Dar es Salaam, một nhóm kiến trúc sư tiên phong đầu năm 2025 đang xây dựng một ngôi làng mới với trọng tâm là “in đất”.

Được thiết kế bởi các công ty kiến trúc Hassell và ClarkeHopkinsClarke, cùng với quỹ từ thiện One Heart, Hope Village được thiết kế để giúp đỡ và cung cấp nhà ở cho trẻ em trên khắp cả nước gặp khó khăn hoặc môi trường gia đình không an toàn.

Ngôi làng sẽ cung cấp trường học, cũng như chỗ ở cho 480 trẻ em, 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 cho địa điểm này, và đất được mua cũng sẽ bao gồm các khu vực để canh tác và chăn nuôi, thể thao và khu vực giải trí.

Tòa nhà mang tính biểu tượng của Hope Village là trung tâm cộng đồng, một thiết kế in 3D sẽ đóng vai trò là hội trường và căng tin của trường trong tuần và mở cửa cho cộng đồng rộng lớn hơn để tổ chức các sự kiện vào cuối tuần.

Các kiến trúc sư muốn sử dụng đất có nguồn gốc tại địa phương cho trung tâm cộng đồng, nhưng lại lo ngại về những hạn chế của đất nện, thường được nén chặt thành những bức tường dày và phẳng.

“Chúng tôi muốn đảm bảo rằng mình có thể tạo ra những bức tường có thể thông gió cho tòa nhà, nhưng đồng thời cũng lấy được ánh sáng”, Xavier De Kestelier, giám đốc thiết kế và đổi mới của Hassell, cho biết.

Việc chuyển sang in 3D cho phép tạo ra thiết kế tường hở, “xốp” đã được đối tác của Hassell, Viện Kiến trúc Tiên tiến Catalonia (IAAC) tại Barcelona, Tây Ban Nha, tạo ra nguyên mẫu có chiều cao lên tới 2 mét (6,6 feet). Hassell cũng cho biết, các bức tường sẽ được xây dựng bằng cách sử dụng đất có nguồn gốc từ trong phạm vi 25 km (15,5 dặm) của địa điểm này và chứa một lưới thép mỏng giữa các lớp để gia cố. Đất thích hợp để in thường chứa 15% đến 30% đất sét, mang lại cho nó các đặc tính liên kết tự nhiên, mặc dù De Kestelier cho biết các kiến trúc sư vẫn chưa quyết định có nên thêm vật liệu kết dính nào khác vào hỗn hợp hay không.

De Kestelier giải thích: Các bức tường sẽ không chịu lực, vì một cấu trúc kim loại sẽ hỗ trợ mái nhô ra che phủ tường và bảo vệ chúng khỏi các yếu tố. Mái nhà sẽ được làm từ những đoạn gỗ ngắn có nguồn gốc tại địa phương, được kết nối theo thiết kế liên kết trên mặt đất trước khi được nâng lên và “phủ” lên khung như một chiếc lều vải và được hoàn thiện bằng tấm kim loại.

Xây dựng bằng đất có từ thời tiền sử và có nhiều hình dạng, bao gồm gạch bùn và đất nện. In 3D bằng đất lần đầu tiên được thử nghiệm vào năm 2018 và ngôi nhà in 3D đầu tiên được làm hoàn toàn từ đất, có tên là TECLA, do Mario Cucinella Architects thiết kế và xây dựng gần Ravenna, Ý vào năm 2021.

Những công trình này, giống như bất kỳ tòa nhà nào được xây dựng mà không cần khung thép hoặc cốt thép, đều dựa vào các hình dạng có tính toàn vẹn về mặt cấu trúc mạnh mẽ. Điều đó thường có nghĩa là các đường cong, dù là mái vòm, (hãy lấy ví dụ Đền Pantheon ở Rome, vẫn là mái vòm không được hỗ trợ lớn nhất thế giới sau gần 2.000 năm) mái tròn. Ở Tanzania, máy in sẽ tạo ra các lớp đất nén chặt trong các cột cong được kết nối với nhau để lại không gian âm cho ánh sáng và không khí 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 kém hơn. Nhưng De Kestelier khẳng định rằng khi nói đến kiến trúc in 3D, “chúng ta không cần sử dụng nhiều bê tông hơn” và các lựa chọn bền vững hơn là tương lai - khi được sử dụng đúng cách.

Mái nhà nhô ra của trung tâm cộng đồng Tanzania sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các bức tường khỏi tác động xói mòn của mưa, và Hassell cho biết họ được khuyến khích khi đến thăm dự án TOVA năm 2022 của IAAC, tòa nhà đầu tiên của Tây Ban Nha được in 3D bằng đất. De Kestelier cho biết: “Những bức tường này thực sự có thể tồn tại trong một thời gian rất dài”.

Do công nghệ này mới xuất hiện gần đây, một số chuyên gia vẫn còn e ngại về việc các tòa nhà in 3D sẽ ra sao trong dài hạn, trong khi những người khác lại nêu ra “những khu vực xám pháp lý”  tiềm ẩn liên quan đến các quy tắc và quy định về xây dựng, khác nhau tùy theo từng quốc gia và thường mang tính địa phương hóa cao. Ngay cả kỹ sư tiên phong trong lĩnh vực xây dựng in 3D cũng nói với tờ New Yorker gần đây rằng “tất cả sự cường điệu đều không có cơ sở. Trong khi đó, những người bảo vệ công nghệ này lại cho rằng 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 chứng kiến tình trạng thiếu hụt nhà ở.

“Kế hoạch không chỉ là sử dụng công nghệ mà còn mang công nghệ đến địa điểm ở Tanzania và để lại đó”, De Kestelier cho biết. Là một phần trong cam kết của dự án về tiếp cận cộng đồng và đào tạo kỹ năng, các nhà xây dựng sẽ dạy người dân địa phương cách sử dụng máy in để cộng đồng có thể xây dựng thêm các tòa nhà trong tương lai.

Dịch giả: Vy Nguyễn

(Theo: CNN)