Perché considerare i danni nell'intero ciclo di vita dell'edificio

Uno studio sul Calcestruzzo Aerato Autoclavato integra il danno sismico nella valutazione LCA, mettendo in relazione prestazioni strutturali, riparazioni ed emissioni di CO₂ lungo la vita utile dell'edificio.

La sostenibilità di un edificio non dipende soltanto dall'impatto ambientale dei materiali utilizzati per costruirlo. In un territorio caratterizzato da differenti livelli di pericolosità sismica come quello italiano, anche i danni provocati da un terremoto e gli interventi necessari per ripararli o consolidare l'edificio possono contribuire alla carbon footprint complessiva durante il ciclo di vita.

È da questa considerazione che nasce lo studio dedicato agli edifici in muratura di Calcestruzzo Aerato Autoclavato (CAA) sviluppato dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura dell'Università di Pavia, in collaborazione con Fondazione EUCENTRE e la York School of Architecture dell'Università di York, con il supporto di ASSOBETON.

La ricerca introduce un approccio particolarmente interessante per la progettazione: integrare il danno sismico nella valutazione del ciclo di vita dell'edificio, quantificando in termini di CO₂ equivalente anche gli interventi di riparazione e consolidamento che potrebbero rendersi necessari in seguito a un terremoto.

Dal carbonio iniziale al whole life carbon

Quando si valuta l'impatto ambientale di un edificio, limitarsi alle emissioni associate alla produzione dei materiali non restituisce necessariamente l'intero quadro.

Lo studio applica una metodologia di Life Cycle Assessment (LCA) considerando le fasi di produzione A1-A3, trasporto A4, costruzione A5, uso e riparazione B3-B6 e fine vita C1-C4. La valutazione dell'impatto è espressa attraverso il Global Warming Potential (GWP) in kg CO₂ equivalente per metro quadrato.

La novità consiste nell'introduzione esplicita nell'LCA degli effetti del danneggiamento sismico: riparare o consolidare un edificio richiede infatti nuovi materiali, trasporti e lavorazioni che generano a loro volta un impatto ambientale.

Il concetto diventa quindi quello di whole life carbon (WLC), cioè l'insieme delle emissioni associate all'edificio durante la sua vita utile, comprendendo sia l'embodied carbon sia l'operational carbon.

Come è stato condotto lo studio sul CAA

Per rendere confrontabili scenari con differenti condizioni climatiche e di pericolosità sismica, i ricercatori hanno utilizzato come riferimento un edificio residenziale di due piani in muratura portante in CAA, ipotizzandone la localizzazione in cinque città: Milano - L'Aquila – Roma – Napoli - Catania.

Sono state analizzate due configurazioni strutturali, differenziate per copertura e spessore delle pareti: 30 cm per Roma, Napoli e Catania e 40 cm per Milano e L'Aquila.

Dal comportamento sismico alle emissioni di CO₂

I ricercatori hanno sviluppato modelli numerici capaci di simulare la risposta ciclica non lineare delle configurazioni considerate attraverso un approccio a telaio equivalente implementato nel software TREMURI.

Per incorporare il danno sismico nell'LCA sono state quindi eseguite analisi dinamiche non lineari multi-stripe bidirezionali. Per ciascuno dei cinque siti sono stati considerati 10 livelli di intensità e 20 coppie di accelerogrammi, arrivando complessivamente a 1.000 analisi.

A differenti livelli di danneggiamento sono stati poi associati specifici interventi di riparazione o rinforzo e i relativi impatti economici e ambientali.

In questo modo il sisma non viene considerato esclusivamente come un requisito di sicurezza strutturale, ma entra nella valutazione dell'impatto ambientale dell'edificio lungo la sua vita utile.

Quanto incidono le riparazioni post-sisma sulla carbon footprint?

E’ qui che emerge uno dei risultati più significativi dello studio. Le fasi B3-B5 associate agli interventi di riparazione e rinforzo assumono un peso particolarmente rilevante nelle località caratterizzate da maggiore pericolosità sismica: a L'Aquila e Catania arrivano a rappresentare circa il 10% delle emissioni totali considerate nel whole life carbon, mentre il contributo risulta più contenuto negli altri siti analizzati.

Trascurare questa componente porterebbe quindi a una sottostima sistematica dell'impatto ambientale, soprattutto nelle aree caratterizzate da sismicità media o elevata.

Lo studio evidenzia inoltre un altro aspetto importante: l'andamento dell'impatto ambientale associato alle riparazioni segue dinamiche coerenti con quelle dei relativi costi. In altri termini, il danno sismico può avere contemporaneamente una conseguenza economica e una conseguenza ambientale.

Progettare per la resilienza significa progettare anche per il ciclo di vita

La ricerca suggerisce quindi di ampliare il modo in cui vengono valutate le prestazioni ambientali di un edificio.

Migliorare la risposta sismica può richiedere un maggiore impatto iniziale, ma lo studio evidenzia come soluzioni strutturali con prestazioni sismiche migliori possano risultare vantaggiose considerando l'intero ciclo di vita, grazie alla riduzione dei futuri interventi di riparazione e consolidamento.

Questo porta a una considerazione particolarmente rilevante per la progettazione: sicurezza sismica e sostenibilità non dovrebbero essere valutate come prestazioni indipendenti.

La durabilità e la capacità di limitare il danno conseguente a un evento estremo possono diventare parte della valutazione ambientale dell'edificio.

Il ruolo del Calcestruzzo Aerato Autoclavato

Nel caso analizzato, il CAA presenta alcune caratteristiche che incidono sulla risposta complessiva dell'edificio.

La sua massa ridotta contribuisce a contenere le forze inerziali generate dal sisma, mentre il processo produttivo controllato determina una limitata dispersione delle proprietà del materiale.

I risultati ottenuti nello studio si collocano inoltre nella fascia inferiore dei benchmark di embodied carbon per gli edifici residenziali presi dalla letteratura, anche se gli stessi ricercatori sottolineano che un confronto diretto è limitato dalle differenze metodologiche tra gli studi disponibili.

Dal calcestruzzo aerato autoclavato ai sistemi costruttivi Ytong

ll Calcestruzzo Aerato Autoclavato analizzato nello studio è la tecnologia costruttiva alla base dei sistemi Ytong, utilizzati anche per la realizzazione di murature portanti.

Nel modello considerato dalla ricerca, l’archetipo strutturale è costituito da pareti portanti in CAA. Le analisi prendono in esame una muratura caratterizzata da una densità nominale dei blocchi pari a 400 kg/m³, studiandone la risposta sismica attraverso modelli calibrati anche sulla base di precedenti campagne sperimentali.

Proprio la massa ridotta del CAA assume interesse in ambito sismico, perché contribuisce a contenere le forze inerziali agenti sulla struttura. Allo stesso tempo, lo studio mette in relazione la risposta strutturale con gli interventi di riparazione eventualmente necessari e con il relativo contributo alla carbon footprint nell’arco della vita utile dell’edificio.

Questo studio offre quindi un ulteriore punto di vista sul CAA e sui sistemi costruttivi Ytong: le prestazioni strutturali possono essere lette all'interno di una valutazione più ampia dell'edificio e del suo ciclo di vita, considerando anche le conseguenze ambientali associate agli eventuali interventi di riparazione post-sisma.

I risultati vanno tuttavia letti entro i confini metodologici della ricerca, riferita alle specifiche configurazioni di edifici in CAA analizzate.

Una metodologia da sviluppare ulteriormente

Lo studio rappresenta la base per un nuovo framework di valutazione, non un punto di arrivo. Come indicato dagli stessi autori, l'estensione dell'analisi a edifici in CAA con differenti configurazioni geometriche e successivamente ad altre tipologie strutturali potrà contribuire ad ampliare la generalizzabilità dei risultati.

Ed è proprio questa prospettiva a rendere lo studio particolarmente interessante: valutare la sostenibilità significa considerare non soltanto come costruiamo un edificio, ma anche cosa può accadere durante la sua vita utile.

Lo studio nasce dalla collaborazione tra Università di Pavia, Fondazione EUCENTRE e Università di York, con il supporto finanziario aggiuntivo di ASSOBETON nell'ambito del progetto ReLUIS 2024-2026, WP13.