Tre – nguồn vật liệu xây dựng hiệu quả cần được chú trọng
Từ lâu đã bị bỏ qua ở các nước đang phát triển, tre (cỏ, không phải cây) có cường độ nén của bê tông và cường độ kéo của thép. Không giống như những vật liệu thải các-bon đó, nó cô lập carbon khi sinh trưởng. Nó sinh trưởng nhanh chóng, tăng lên tới 90 cm mỗi tuần. Tre rỗng và nhẹ. Joana Gomes từ công ty kiến trúc Mexico CO-LAB gần đây đã thiết kế Luum Temple, một nhà hàng bằng tre ở Tulum, Mexico, cho biết: “Không có loại gỗ nào có thể cạnh tranh với loại gỗ đó”.
Ngoài đặc điểm địa lý của tre (mọc chủ yếu ở Trung, Nam Mỹ và Châu Á), hình dạng bất thường, độ dày và độ dài các đoạn không đều nhau khiến việc ép và ghép lại với nhau rất khó khăn. Các mẩu tre không khớp với nhau một cách gọn gàng. Điều này dẫn đến những thách thức khi sản xuất tường cách nhiệt, một vật liệu cần thiết ngoài các vùng khí hậu nhiệt đới.
Tuy nhiên, các nhà thiết kế đang giải quyết hạn chế này. Họ làm việc trên các hệ thống để làm cho tre hoạt động giống gỗ hơn nhưng vẫn thể hiện các đặc tính thẩm mỹ của tre như phân đoạn duyên dáng và kết cấu tổng hợp của nó. Khai thác lượng khí thải carbon âm của tre là một cách ngành công nghiệp xây dựng có thể làm nhằm giảm tác động của biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng trực tiếp tới các quốc gia đang phát triển vùng nhiệt đới nơi tre sinh trưởng. Gomes cho biết thêm: “Chúng tôi mới bắt đầu hiểu tiềm năng của tre”.
Tre liên kết chặt chẽ với địa điểm và hoàn cảnh cụ thể. Nhìn vào một công trình tre, người ta liên tưởng đến tiếng gầm rú của một trận mưa như trút nước ở rừng nhiệt đới hay những cánh chim nhiệt đới bay vụt qua phía chân trời. Tre gợi lên sự tôn kính ở những vùng xa xôi, như khi áp dụng cho các dự án khách sạn sang trọng. Tuy nhiên, đặc tính này cũng làm cho chất liệu ít được ưa chuộng hơn. Katie MacDonald, một giáo sư kiến trúc tại Đại học Tennessee Knoxville, người đang nghiên cứu về tre, cho biết: “Tre liên quan đến kiến trúc bình dân ở châu Á hoặc Trung Mỹ hoặc những khu du lịch bình dân, như Đảo Gilligan”.
Các nghiên cứu ứng dụng sâu về cây tre sẽ mang lại nhiều lợi ích trong tương lai
Elora Hardy, người sáng lập Ibuku, một công ty kiến trúc có trụ sở tại Bali, cho biết: “Để thực sự mở rộng khả năng của tre, chúng ta cần các hệ thống ghép ván mới và năng động cho phép các ống tre khác nhau được kết nối với nhau một cách hiệu quả, loại bỏ được sự bất thường của chúng.
Các kiến trúc sư đã chú ý đến lời kêu gọi này. Viện Kiến trúc sư Hoa Kỳ đã tài trợ 30.000 đô la cho nghiên cứu của giáo sư Kyle Schumann, Đại học Tennessee Knoxville và Jonas Hauptman từ công ty Virginia Tech để thiết kế một hệ thống sản xuất tre hứa hẹn tính linh hoạt cao trong việc ghép các cây tre lại với nhau. Sử dụng các loại tre đặc, nhóm có thể cắt các đoạn thẳng theo chiều dọc. Schumann nói: “Nghiên cứu này cho phép chúng tôi ép các mẩu tre phẳng để nó trông giống một tấm gỗ hơn”.
Schumann và các đối tác nghiên cứu của ông đã thiết kế một nguyên mẫu máy phay có kích thước tương tự như một chiếc lò vi sóng cổ, với các lỗ ở hai đầu nơi các cây tre được đưa vào. Những cây tre này được cố định bằng khúc gỗ đóng xung quanh cây tre. Schumann nói: “giống như một chiếc máy ảnh”. Máy điều khiển cực qua bốn trục, đầu tiên quét nó để lập bản đồ vật liệu, sau đó cắt nó bằng máy ép CNC thành bất kỳ hình dạng nào. MacDonald nói: “Bạn có thể tạo bất kỳ hình dạng nào mà bạn có thể thiết kế trong độ dày của vật liệu.
Mong muốn cuối cùng của nhóm là một chiếc hộp khép kín, có thể hoạt động tại hiện trường, có thể thiết kế tham số các phương pháp lắp ráp và ván ghép một cách nhanh chóng, sau đó chế tạo và phát triển chúng. MacDonald giải thích: “Trong khi hầu hết công nghệ chế tạo kỹ thuật số có chi phí cao và yêu cầu kinh tế quy mô lớn, dự án này tìm cách phát triển một loại máy DIY giá cả phải chăng có thể sử dụng công nghệ để tận dụng sự bất thường của tre,”. Với tính linh hoạt này, việc tạo khung khinh khí cầu cho các tòa nhà nhỏ hơn dường như là điều có thể thành hiện thực. Trong phiên bản đơn giản nhất của máy — có lẽ rất hữu ích nhất cho các thị trường mới nổi nơi tre sinh trưởng — máy sẽ cung cấp một menu cài sẵn các khớp mà người dùng có thể lựa chọn.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Tennessee và Virginia Tech (đã sử dụng Autodesk Fusion 360 để lập kế hoạch đường đi của dụng cụ tham số và mô hình hóa nguyên mẫu máy) cũng đang nghiên cứu các bức tường tre kết cấu, tương tự như gỗ nhiều lớp. Nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm việc lấp đầy các khoảng trống giữa thân tre tròn bằng vật liệu cách nhiệt đã nghiền sẵn. Một cách tiếp cận là để cho sợi nấm (nấm rơm) bịt kín những khoảng trống này.
MacDonald nói: “Hệ thống được khung hóa nhằm tạo ra một hình dạng tiêu chuẩn hóa hơn từ tre, trong khi hệ thống CNC nhằm tạo ra một hệ thống giá cả phải chăng cho các hình học tùy chỉnh.”
CO-LAB đã sử dụng tre được cắt thành các dải thẳng, song sử dụng các phương pháp ghép gỗ truyền thống. Luum Temple là trung tâm phát triển khu dân cư Luum Zama, bất động sản sang trọng nằm trên đất liền và bảo tồn phần lớn rừng rậm phía nam Mexico xung quanh. Là một gian hàng ngoài trời chỉ có thể đi bộ đến, Luum Temple còn là một nơi yên tĩnh để thiền định.
Nhà hàng là đối tượng và tác phẩm điêu khắc hoành tráng theo đúng nghĩa của nó, kết hợp xung quanh năm vòm móc xích dài 5,5 m – hình dạng được tạo nên nhờ khả năng đàn hồi của tre. CO-LAB và công ty xây dựng Arquitectura Mixta đã cắt những đoạn dài của cây tre non, cực dẻo và uốn cong chúng thành hình dạng, nối các liên kết bằng dây đai nhôm cứ cách vài phân một.
Gomes muốn xây dựng nhà hàng với một hệ thống cấu trúc tương thích với các mái vòm móc xích. Được hướng dẫn bởi quy trình thiết kế tham số, CO-LAB đã thiết kế mô-típ hình tam giác lặp lại trong toàn bộ cấu trúc, tạo cho nó một cảm giác mạnh mẽ nhờ sự ăn khớp nhịp nhàng. Trong không gian yên bình này, hình học uốn lượn trên các vòng cung móc xích vươn ra khu rừng rậm với nhiều lớp cảm giác phong phú, dường như được dệt từ vải chứ không phải được xây như một tòa nhà. Gomes đã lên kế hoạch làm nhà hàng bằng gỗ, nhưng sự gần gũi của các trang trại tre và những người xây dựng có kinh nghiệm đã thay đổi điều đó. Bà nói: “Nó tạo ra nguồn năng lượng hoàn toàn mới cho chúng tôi.
Một dự án khác lấy tre làm trung tâm, nhà hàng Sombra Verde, được thiết kế bởi Carlos Bañón và Felix Raspall, các giáo sư kiến trúc tại Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore, và sử dụng công nghệ thông tin chế tạo của nó. Bộ đôi kiến trúc sư này đã thiết kế gian hàng cho Lễ hội Thiết kế Đô thị 2018 của Singapore.
Mỗi khúc tre đều được quét để lập bản đồ kích thước. Một thuật toán đã tạo ra kế hoạch ghép các mảnh lại với nhau, chỉ định các nút ghép và chiều dài tre yêu cầu. Mỗi ống được cắt theo chiều dài và 36 khớp nối PLA (một loại polymer có nguồn gốc từ thực vật) được in 3D trông hơi giống với các thanh điều khiển học xuất hiện từ gầm máy in. Bañón nói: “Mỗi giải pháp đều khác nhau, nhưng chúng tôi cung cấp cho nó một giải pháp tổng thể. Các ống được cắm vào các nút bằng tay. Không giống như nghiên cứu của Virginia Tech, quy trình này là một cách tạm thời để xây dựng với tre tập trung vào các cơ tùy chỉnh khối lượng ở các khớp.
Sau khi cấu trúc được lắp ráp, Bañón và Raspall đã rất ngạc nhiên trước sức mạnh và độ cứng của Sombra Verde. Bañón nói: “Bạn tưởng tượng cây tre rất mềm dẻo, nhưng khi bạn nhấc nó lên, nó rất rắn và cứng”.
Tre rất phù hợp với các tán hoặc công trình cần triển khai nhanh chóng hoặc tạm thời. Nhà hàng được xây dựng trong một ngày chỉ bởi bảy người, không có thiết bị gì đặc biệt. Nó đủ nhẹ cho bốn người nâng.
“Mặt trận” tiếp theo cho tre là lắp ráp nó trong cái mà Raspall gọi là các ứng dụng “ô bảo vệ” — các cụm di chuyển và thay đổi hình dạng. Nhiệm vụ ngày nay đối với nghiên cứu tre là liên kết các phần tử ổn định; nhiệm vụ ngày mai là kết hợp các cụm với nhau với khả năng di chuyển linh động và tính linh hoạt vốn có trong các đặc tính của vật liệu.
Dịch giả: Hạnh Liên
Biên tập: Sống Tỉnh Thức
