Calcestruzzo e ambiente: i casi studio del Messner Mountain Museum e del Schaulager Museum

Abstract

Sebbene il processo di progettazione di strutture in calcestruzzo a basso impatto ambientale sia soggetto a una continua evoluzione delle conoscenze, degli standard, della normativa e dei livelli locali delle tecnologie, deve essere ancora adottata una volontà comune di operare un miglioramento sostanziale sia in termini progettuali sia produttivi. Il presente contributo intende riportare una fotografia sintetica dei criteri progettuali e degli aspetti normativi orientati alla definizione dei termini di sostenibilità delle costruzioni in calcestruzzo, sottolineando come sia fondamentale un approccio distinto su come le strutture in calcestruzzo e la produzione di calcestruzzo impattino sull’ambiente durante tutto il ciclo di vita; lo scenario presentato conterrà alcuni recenti contributi internazionali di  ricerca con una digressione descrittiva sulle sperimentazioni progettuali in due strutture museali: il progetto del Messner Mountain Museum a Plan de Corones di Zaha Hadid per il valore del contesto ambientale e per l’uso del cemento per elementi architettonici prefabbricati visibili dall’esterno, lo Schaulager Museum di Herzog&DeMeuron per il calcestruzzo utilizzato con inerti riciclati in situ.

1 Introduzione

Per strutture in calcestruzzo ambientalmente sostenibili (environmental sustainable concrete structure) si intendono strutture costruite in modo tale che l’impatto ambientale durante tutto il loro ciclo di vita, incluso quello derivato dall’uso delle stesse, sia ridotto al minimoi. Il principio fondamentale del costruire sostenibile è legato alla minimizzazione del consumo di risorse (materia e energia) dovute sia per la fase di costruzione che di gestione dell’edifcio; relativamente a questo principio strutture in calcestruzzo possono essere realizzate attraverso un uso del materiale più efficiente in ragione delle caratteristiche prestazionali necessarie (resistenza, durevolezza, strategie manutentive, fabbisogni termici etc)ii. Questo contributo illustra il complesso rapporto tra il calcestruzzo e l’ambiente, da un lato, dal punto di vista dello stato dell’arte in merito ai parametri per valutare e ridurre l’impatto ambientale del calcestruzzo e, dall’altro, nel suo rapporto con l’ambiente come paesaggio  e come scelte progettuali alla luce di due casi studio di particolare rilevanza architettonica: le strutture museali del Messner Mountain Museum di Zaha Hadid e lo Schaulager Museum di Herzog e De Meuron.

2 Calcestruzzo e Ambiente

La relazione tra calcestruzzo e ambiente può essere trattata sotto numerosi punti di vista, partendo dal presupposto che con il termine ambiente si definisce, nello stesso Testo Unico sull’Ambiente, sia l’ambiente costruito che l’ambiente comunemente inteso come paesaggio. E’, ad ogni modo, imprescindibile sottolineare che il rispetto dell’ambiente integralmente inteso, debba tenere in considerazione che il potenziale di inquinamento di un materiale è determinato sia dal suo impatto ambientale sia dalle sue prestazioni durante la vita utile. In quest’ottica la riduzione dell’impatto ambientale del calcestruzzo deve essere misurata durante la fase di produzione in relazione alla durata del materiale (considerata normalmente compresa tra 50 e 100 anni), aspetto che consente di distribuire l’impatto ambientale in un tempo piuttosto lungo, e in relazione all’impatto delle  prestazioni del materiale  associate  alla sua  manutenzione e gestione, operazioni che, in ragione della lunga vita del materiale, comportano, rispetto a materiali meno durevoli, una aumentata richiesta prestazionale nel tempo.
In linea generale, e come si evince dalla letteratura in materia, il processo di progettazione di strutture in calcestruzzo a basso impatto ambientale è soggetto a una continua evoluzione delle conoscenze, degli standard, della normativa e dei livelli locali delle tecnologie, sebbene manchi una volontà comune, e non solo locale, di operare un miglioramento che in alcune regioni del mondo con piccoli sforzi, minimi investimenti ma certamente un cambio di pensiero, può risultare sostanziale in termini di riduzione di emissioni climalteranti, mentre in altre sono richieste applicazioni e metodologie più complesse.

Gli obiettivi generali che debbono essere fissati affinché la produzione e l’uso del calcestruzzo si muovano verso il rispetto dell’ambiente sono:
• la definizione di misure verdi per le strutture in calcestruzzo;
• la necessità di strumenti che consentano di trovare una metodologia e una soluzione unica per progettare o costruire strutture ambientalmente sostenibili in calcestruzzo;
• il perseguimento di un approccio distinto, ma correlato, su come le strutture in calcestruzzo e la produzione di calcestruzzo impattino sull’ambiente durante tutto il ciclo di vita.

Alcune ulteriori considerazioni generali che sono riportate dalla letteratura internazionale (in particolare contenute nei documenti tecnici fib sul calcestruzzo e dalla normativa in materia di impatto ambientale) sono necessarie per inquadrare, sebbene non in forma esaustiva, la tematica e offrire un quadro sintetico per l’approccio e l’analisi di casi studio. I parametri ambientali che devono essere tenuti in considerazione sono l’uso delle risorse naturali, consumi energetici, gli effetti sull’ambiente, sulla salute e la sicurezza.

Quando parliamo di risorse naturali, è importante mettere in evidenza che tutte le materie grezze per la realizzazione del calcestruzzo sono facilmente accessibili poiché in quantità in eccesso, sebbene alcune regioni si siano impoverite, nel corso del tempo, di sabbia naturale e pietrisco. E’ diverso il discorso delle riscorse nel caso del calcestruzzo armato, poiché l’uso strutturale dell’acciaio inossidabile per i rinforzi richiede risorse scarse quali cromo, nichel e molibdeno.
Quando parliamo di consumi energetici è necessario ricordare che una fonte primaria di consumo energetico è la produzione del clinker e delle armature; in aggiunta alle risorse energetiche consumate per la produzione del materiale, ulteriori risorse energetiche sono consumate dalla costruzione, demolizione e riciclo e nell’uso e manutenzione degli edifici e delle strutture; uno studio condotto dall’Università di Lund comparando la valutazione dell’impatto del ciclo di vita di diversi tipi di calcestruzzi ordinari e anti-gelivi ha dimostrato che la produzione di materiali grezzi e il trasporto sia dei componenti che del prodotto finito, contribuiscono come maggiori attori nei carichi ambientali del calcestruzzo nella fase di produzione e che, proprio tra le operazioni di trasporto, quella di fornitura del prodotto finito è tra le più impattantiiii.

Gli effetti ambientali risultanti dalla applicazione del calcestruzzo sono, a parte l’effetto serra, relativamente poco descritti. E’ possibile che siano limitati, ma i problemi potenzialmente identificati sono le percolazioni degli idrocarburi e di metalli pesanti (se presenti) durante le fasi di demolizione e di impasto  e eventuali sostanza chimiche presenti nelle miscele o nei prodotti additivanti. In termini di salute e sicurezza il calcestruzzo non ha caratteristiche negative in assoluto ma dipende dalle condizioni ambientali della sua lavorazione e posa in opera.
D’altro canto i benefici ambientali del calcestruzzo in fase di produzione sono, per esempio, l’efficienza e la tempistica, breve, del suo processo produttivo, la possibilità di acquisire e lavorare localmente le materie prima minimizzando il costo energetico del trasporto e le emissioni di gas serra a esso associate. Calcestruzzi e cementi di ultima generazione inoltre possono incorporare prodotti industriali da riciclo quali la cenere, scarti di lavorazioni e microsilice che aiutano a ridurre l’embodied energyiv del prodotto e ulteriori sprechi di produzione.

I benefici ambientali del calcestruzzo in fase d’uso invece possono essere relativi all’efficienza termica delle costruzioni in cemento a motivo della rilevante massa termica del materiale, o, più banalmente alla possibilità di uso di cementi di colore chiaro che consentano di minimizzare l’effetto urbano dell’isola di calore quando utilizzato faccia a vista o come rivestimento superficiale.
A valle di questi parametri c’è l’imprescindibilità normativa che fa riferimento alle analisi di impatto ambientale della valutazione del ciclo di vita, essenziale per comprendere le prestazioni ambientali degli edifici e codificata dagli standard internazionali delle norme ISO 14040 e 14044. L’analisi del ciclo di vita (LCA) è di fondamentale importanza per comprendere tutte le fasi e gli impatti relativi degli edifici sull’ambiente e per quantificare la produzione di gas serra dei elementi e sistemi costruttivi. La valutazione del ciclo di vita fornisce un mezzo rigoroso di prove dei benefici ambientali nelle varie alternative di progetto o produzione di un prodotto o di un intero manufatto; un recente contributo di ricerca del Massachusetts Insitute of Technology di Boston ha dimostrato, e quantificato, che esistono differenze sensibili tra sistemi costruttivi alternativi, e che la massa termica del calcestruzzo può fornire risparmi energetici significativi in un ciclo di vita medio di 75 anni, dimostrando che edifici in calcestruzzo possono essere in grado di offrire una riduzione delle emissioni di carbonio rispetto a materiali da costruzione alternativi e in apparenza più sostenibili.

L’unico vero limite dell’applicazione di una analisi LCA è che condurla richiede una serie di passaggi chiave a partire dal rilevamento dei dati degli impatti del ciclo di vita di tutti i materiali coinvolti, compresa l'estrazione di risorse, la trasformazione ,il trasporto e la costruzione, proseguendo nell’analisi LCA (sia essa relativa a un elemento costruttivo o un edificio) deve poi essere utilizzato un inventario delle quantità dei materiali per stimare il quantitativo totale di materiali da costruzione necessari e, a  seguire, deve  essere  calcolata l'energia di funzionamento  del sistema e gli impatti dei carburanti consumati  contabilizzati  attraverso simulazioni e in funzione del mix energetico del singolo contesto territoriale. All’esito di tutto questo percorso il modello di analisi consente di determinare gli impatti durante l'intero ciclo di vita. Una analisi  LCA diviene imprescindibile laddove si voglia determinare una comparazione tra prodotti o architetture realizzate in calcestruzzo con un esito quantificabile del diverso impatto ambientale. E’ tuttavia utile rilevare che, soprattutto per edifici esistenti, le numerose informazioni necessarie per realizzarla non sono né facilmente reperibili, né ricostruibili e che procedere con semplificazioni dei dati di partenza inficerebbe completamente l’analisi. Una recente ricerca condotta dall’ Institute of Concrete Structures and Building Materials di Karlsruhe, prescindendo da una analisi LCA su edifici esistenti, suggerisce tre approcci di base per raggiungere un uso sostenibile del calcestruzzo:

1. l'ottimizzazione della composizione del calcestruzzo in ragione della riduzione dell’impatto ambientale, cercando di mantenendo uguali o migliori prestazioni e medesima durata;
2. il miglioramento delle prestazioni del calcestruzzo a parità di impatto ambientale e di durata;
3. l’allungamento della durata della vita utile del materiale sia a fini non strutturali che strutturali mantenendo invariato l'impatto ambientale e le prestazioni.

Questi approcci definiscono, congiuntamente ai parametri e ai criteri per un uso sostenibile del calcestruzzo finora descritti, un insieme di categorie di lettura per le architetture in calcestruzzo; nel caso del presente contributo, si è prescisso dall’analisi LCA  e  si è  proceduto  alla  lettura  dei casi studio  secondo  queste categorie, per poter riconoscere e identificare, in un approccio qualitativo e non quantitativo, il valore dell’uso del calcestruzzo in due importanti strutture museali, cercando di mettere in evidenza l’approccio tecnologico adottato nei progetti.

3  Il Messner Mountain Museum di Zaha Hadid

Il Messner Mountain Museum è stato realizzato a circa 2.275 metri di altitudine, pensato per chiudere il complesso di sei musei per la montagna  donati  da Messner alla regione dell’Alto Adige. L’idea progettuale è strettamente legata all’idea di disegnare un edificio dalle forme fluide e non geometriche in coerenza con la natura in cui il museo, la cui struttura è in prevalenza ipogea, è inserito.

Anagrafica dell’Messner Mountain Museum (MMM)

Durata del Cantiere:    2013-2015
Numero di piani:    4 (3 sotterranei e 1 fuori terra)
Superficie    ca. 1.000 m²
Utilizzo del calcestruzzo: Strutture e rivestimenti
Tipo di calcestruzzo:  Calcestruzzo con inerti riciclati

Figura 1: Vista esterna del Messner Mountain Museum – foto di Simone Calò

Per la realizzazione di questa idea si è reso necessario utilizzare tecniche parametriche di progettazione e realizzazione dei componenti. Il museo si sviluppa su tre livelli espositivi sotterranei, la costruzione manifesta all’esterno solamente l’area funzionale dell’ingresso.
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4 Lo Schaulager Museum di Herzog&DeMeuron

L’obiettivo progettuale, così come descritto dagli stessi progettisti, fu la realizzazione di un vero e proprio magazzino per l’arte contemporanea, dove i lavori occupassero meno spazio che in un museo, le opere in questo senso vengono disposte negli spazi disponibili in accordo con le intenzioni degli artisti.

Anagrafica dello Schaulager Museum

Durata del Cantiere: 2000-2003
Numero di piani: 5
Superficie: 13.397 m²
Utilizzo del calcestruzzo: Strutture e Rivestimenti
Tipo di calcestruzzo: CLS fibrorinforzato con fibre di vetro

Figura 4: Vista esterna dello Schaulager Musuem – foto da www.schulager.org

Le caratteristiche termo-igrometriche interne soddisfano i requisiti di conservazione dettati dagli standard internazionali in termini di livelli luminosi, di temperatura e di umidità dell’aria.
Per soddisfare l’idea dell’edificio quale puro contenitore, gli architetti  hanno cercato di condensare lo spazio in un unico volume che si sviluppasse in orizzontale e in verticale con l’intento di  realizzare un gigantesco muro per ospitare le opere d’arte a parete quasi come se il museo fosse il negozio di un rigattiere.
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Articolo tratto dagli Atti del CONCRETE 2016 - Architettura e Tecnica