Le pavimentazioni industriali per la sostenibilità ambientale delle costruzioni

La transizione ecologica non è solo una sfida urgente per rispondere al cambiamento climatico, ma anche un’opportunità per rimodellare il sistema economico e industriale a tutti i livelli.

Nel contesto attuale, la sostenibilità è diventata una parola chiave in molti settori, compreso quello delle costruzioni. L’urgenza di affrontare le sfide ambientali, sociali ed economiche ci spinge a ripensare il modo in cui progettiamo, costruiamo e gestiamo gli edifici.

La sostenibilità nelle costruzioni va ben oltre la semplice scelta dei materiali. È un approccio olistico che coinvolge l’intera filiera, dalla fase di committenza e progettazione fino all’esecuzione e gestione degli edifici durante la loro vita di esercizio.

È necessario considerare tutti gli attori coinvolti, dalle fasi iniziali di committenza e progettazione fino all’esecuzione, gestione e manutenzione degli edifici nel tempo.

Pertanto, la sfida che il settore delle costruzioni si prepara ad affrontare nel corso del prossimo decennio è una radicale trasformazione in vista di una riduzione degli impatti sull'ambiente in termini di impronta carbonica e uso delle materie prime.

Solo integrando le conoscenze e le competenze di tutta la filiera delle costruzioni possiamo raggiungere l’obiettivo di costruzioni sostenibili che siano in armonia con l’ambiente, socialmente responsabili ed economicamente vantaggiose.

I primi risultati di ricerche nell’ambito della sostenibilità delle costruzioni evidenziano già che costruire in modo più sostenibile è possibile e che i margini di miglioramento sono alti.

Tali risultati riguardano l’utilizzo di materiali a minor impatto ambientale, la possibilità di sottrarre anidride carbonica dall’ambiente, l’utilizzo di materiali da riciclo in sostituzione (anche parziale) delle risorse naturali non rinnovabili, il riutilizzo di componenti del sistema edilizio ed una concezione costruttiva finalizzata al minor impatto ambientale.

La misura della sostenibilità è diventata uno strumento indispensabile per valutare l’impatto ambientale e sociale di un edificio durante l’intero ciclo di vita.

Progettare e costruire con modalità sostenibili

Progettare e costruire in modo sostenibile non comporta uno stravolgimento delle modalità attualmente in uso, significa semplicemente pensare anche all’impatto ambientale che le costruzioni possono avere.

A mero titolo di esempio, significa ridurre l’utilizzo di risorse non rinnovabili, ridurre i costi di trasporto, utilizzare materiali con una ridotta emissione di carbonio, favorire il riuso dei componenti delle costruzioni o almeno favorirne il riciclo dei materiali.

Relativamente ai materiali cementizi, caratterizzata da una elevata emissione di CO₂ per la loro produzione, si può facilmente migliorare la situazione utilizzando cementi di miscela, (già regolamentati dalla normativa internazionale (UNI EN 197/1, 2011; UNI EN 197/5, 2021), con una ridotta percentuale di clinker che rappresenta il componente del cemento con la maggior emissione di CO₂.

Sempre nell’ambito dei calcestruzzi, si può fare uso di aggregati riciclati (perché provenienti dalla demolizione di edifici esistenti) o di aggregati industriali (come le scorie nere per la produzione di acciaio con forno ad arco elettrico), una volta considerati rifiuti ma oggi molto utilizzati per le loro ottime proprietà. I materiali da riciclo possono essere utilizzati anche per la produzione di cementi, come regolamentato dalla UNI EN 197/6 (2023).

Le scelte sostenibili consistono anche nel favorire la prefabbricazione per la realizzazione di costruzioni modulari adattabili per rispondere alle nuove esigenze che si manifestano nel tempo o riutilizzate alla fine della vita di servizio. Ove non fosse possibile il riutilizzo, potrebbe essere interessante il riciclo dei materiali utilizzati nell’ambito delle costruzioni o di altri settori.

Premesso che le scelte sostenibili rappresentano un nuovo modo di progettare/realizzare le costruzioni, indipendentemente dalle quantità in gioco, si deve essere però realisti e fare delle scelte strategiche per utilizzare tutte le risorse che attualmente abbiamo a disposizione.

Per esempio, si deve operare con la consapevolezza che gli aggregati dal riciclo di strutture di calcestruzzo demolite sono al momento disponibili in modestissima quantità, oppure che le scorie nere di acciaieria non sono sufficienti per fare fronte al fabbisogno totale di aggregati per il calcestruzzo.

Per esempio, con riferimento all’Italia settentrionale, dove sono presenti molte acciaierie che producono scorie nere, queste possono sostituire circa il 10% dell’aggregato naturale attualmente utilizzato (con riferimento all’intera produzione di calcestruzzo).

Si deve infine considerare che le scorie nere di acciaieria hanno una densità significativamente superiore a quella dell’aggregato naturale e, aumentando il peso proprio della struttura, aumentano le azioni statiche e sismiche. Anche per questo motivo, risulta opportuna la sostituzione di una percentuale ridotta di aggregato naturale con scoria nera ma, soprattutto, conviene utilizzarla negli elementi strutturali meno soggetti alle problematiche sismiche.

Si deve infine considerare che l’utilizzo di cementi di miscela a minor contenuto di clinker non dovrebbe richiedere l’utilizzo di maggiori dosaggi di cemento per raggiungere elevate resistenze del calcestruzzo.

E’ quindi sconsigliato l’utilizzo di calcestruzzi altamente sostenibili per la realizzazione di elementi strutturali in calcestruzzo ad alta resistenza che spesso non coinvolgono elevati volumi di calcestruzzo, come per esempio i pilastri prefabbricati, con aggregati e/o cementi che riducono la resistenza del calcestruzzo che dovrebbe essere poi compensata con un maggior quantitativo di cemento o con maggiori dimensioni dell’elemento strutturale.

Le pavimentazioni industriali per la sostenibilità

Un esempio particolarmente interessante per l’utilizzo di calcestruzzi sostenibili, con resistenza tale da non richiedere eccessivi dosaggi di cemento e con l’utilizzo di aggregati riciclati, potrebbe essere rappresentato dalle pavimentazioni industriali.

Si deve inoltre considerare che le pavimentazioni comportano grandi quantità di materiale se si pensa che, per esempio, in un edificio monopiano prefabbricato il volume di calcestruzzo utilizzato per gli elementi prefabbricati è paragonabile a quello della pavimentazione industriale.

Le pavimentazioni favoriscono anche l’utilizzo di cementi di miscela (con minor contenuto di clinker) in quanto i tempi di indurimento del calcestruzzo non hanno particolari esigenze di resistenza allo scassero (con riferimento ai soli aspetti strutturali) ed i carichi di esercizio potrebbero essere presenti alcuni mesi dopo la loro realizzazione, naturalmente nel pieno rispetto dei tempi di presa per il ciclo produttivo giornaliero.

E’ pertanto evidente che le pavimentazioni industriali rappresentano una delle principali applicazioni per l’utilizzo di calcestruzzi a minor impatto ambientale, sia per l’utilizzo di cementi di miscela sia per l’utilizzo di aggregati riciclati.

In questo contesto diventa importante lo studio dei costi ambientali delle pavimentazioni in funzione dei carichi applicati, della rigidezza del sottofondo, del quantitativo di armatura e della resistenza del calcestruzzo, al fine di quantificarne l’effettivo beneficio che portano al settore delle costruzioni.

Nel presente lavoro si presentano i risultati di uno studio parametrico su pavimentazioni soggette a diverse tipologie di carico rappresentate dalle scaffalature, dai carrelli elevatori e dagli automezzi che potrebbero essere presenti sulle pavimentazioni industriali.

Un nuovo approccio alla progettazione sostenibile

Lo studio numerico riguarda le pavimentazioni realizzate in calcestruzzo armato con classi di resistenza C20/25, C25/30 e C30/37 ed è finalizzato alla valutazione dei costi ambientali al variare dei diversi parametri progettuali considerati. Le pavimentazioni sono armate con un singolo strato di rete metallica di acciaio B450C, posizionata all’intradosso della pavimentazione con un copriferro di 30 mm.

Le principali caratteristiche meccaniche, utilizzate per l’analisi strutturale, sono state ottenute dalle Norme Tecniche per le costruzioni (DM 17.01.2018).

L’analisi strutturale della pavimentazione, ipotizzata come appoggiata su un suolo elastico alla Winkler, è particolarmente influenzata dalla costante di sottofondo (costante di Winkler) che può essere determinata con prove di carico su piastra (con diametro di 760 mm).

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