Una nuo­va fron­tie­ra per l'e­di­li­zia cir­co­la­re

La produzione di calcestruzzo rappresenta circa l’8% delle emissioni globali di CO₂, in gran parte dovute ai processi energivori di produzione del cemento. A questi si aggiunge anche il grande utilizzo di risorse scarse come la sabbia e la ghiaia. La crescente consapevolezza ambientale ha spinto il settore delle costruzioni a cercare soluzioni innovative per ridurre l’impronta ecologica. Tra queste, il riutilizzo di elementi strutturali in calcestruzzo provenienti da edifici in demolizione emerge come una pratica promettente.
Un recente studio condotto dall’architetto Adrian Kiesel, ricercatore presso l’Institut für konstruktives Entwerfen (IKE)  e fondatore di nuar Architektur, e l’ingegnere Patric Fischli-Boson, docente presso l’Institut Bautechnologie und Prozesse (IBP) e fondatore di Büeler Fischli Bauingenieure, entrambi nel Dipartimento di Architettura, Design e Ingegneria civile della ZHAW a Winterthur, ha esplorato la costruzione di un prototipo di sistema costruttivo in scala 1:1 utilizzando lastre di calcestruzzo riutilizzate da due differenti siti di demolizione. Questo approccio ha  dimostrato una significativa riduzione dell’impatto ambientale rispetto ai metodi tradizionali. Lo studio è stato realizzato grazie ai fondi del CBI Booster in collaborazione con le società Implenia, Eberhard, Diamantbohr, Müller-Stein e Lyntec che hanno sostenuto la realizzazione mettendo a disposizione le loro competenze, i loro prodotti e le manovalanze.
Dalla realizzazione a Winterthur dell’edificio K118 da parte di Baubüro in situ, l’interesse per una costruzione autenticamente circolare è cresciuto significativamente, promuovendo un approccio che mira a ridurre le emissioni di gas serra non solo durante il ciclo vitale operativo degli edifici, ma anche nelle fasi di costruzione.
L’obiettivo principale resta sempre quello di prolungare il più possibile la vita utile dei materiali e quindi degli edifici interi, riducendo la necessità di nuove risorse. Quando questo però non è possibile, il riutilizzo di materiali diventa una strategia quasi ineguagliabile se vista dal punto di vista di riduzione delle emissioni di gas serra. A differenza del riciclo, che prevede la distruzione del materiale per ottenere nuovi aggregati, il riuso preserva l’integrità fisica degli elementi strutturali, evitando i processi energivori legati alla produzione di nuovi componenti.
Lo studio ha come obiettivo finale quello di progettare un sistema costruttivo interamente con elementi riutilizzati e basato sui principi della progettazione per il disassemblaggio (Design for Disassembly - DfD), permettendo di integrare lastre di spessore variabile di calcestruzzo esistente attraverso connessioni meccaniche smontabili e completamente a secco senza l’uso di malte. Questo approccio consentirebbe di progettare edifici completamente circolari, basati su un sistema costruttivo prefabbricato e industrializzato, ma composto da elementi con un impatto ambientale minimo.
 

Metodologia e realizzazione

Il processo inizia con l’identificazione di edifici in fase di demolizione e la catalogazione degli elementi esistenti e il loro grado di riutilizzo. Questo è in generale uno dei punti fondamentali del riuso dei componenti e il tema centrale per lo sviluppo di un vero urban mining.
L’approvvigionamento di elementi in calcestruzzo riutilizzabili presenta diverse difficoltà logistiche, principalmente a causa della scarsità di informazioni dettagliate sulle condizioni degli edifici destinati alla demolizione. Per individuare gli edifici adatti, si è fatto affidamento sulle informazioni fornite dalle imprese di demolizione locali. I componenti selezionati dovevano provenire da edifici destinati a una demolizione completa o controllata, in cui la proprietà legale degli elementi in calcestruzzo fosse chiaramente definita. Inoltre, era fondamentale che i solai o i muri fossero visibilmente integri e privi di danni significativi, che i ferri di armatura non mostrassero segni di corrosione e che la geometria degli elementi fosse compatibile con il nuovo progetto.
Nel caso del mockup realizzato, dopo un’attenta analisi dei dati disponibili e alcune visite in cantiere, sono state selezionate due strutture, una nel Cantone San Gallo e una nel Cantone Argovia. Il processo di recupero degli elementi ha seguito una procedura standard, che ha incluso la messa in sicurezza del cantiere, il taglio degli elementi in calcestruzzo, il loro sollevamento con una gru e il successivo trasporto al sito di stoccaggio temporaneo.
Prima di procedere al recupero, ogni elemento è stato sottoposto a una preliminare ispezione visiva per verificare l’assenza di danni evidenti. Successivamente, gli elementi recuperati sono stati esaminati in maniera più approfondita, con particolare attenzione a crepe, scrostature o altri danni superficiali che avrebbero potuto indicare problemi strutturali o corrosione dell’armatura. In questo caso studio gli elementi sono risultati in buone condizioni, sufficienti per soddisfare i requisiti minimi e rendendo superflui ulteriori test.
Per applicazioni più ampie, tuttavia, è necessario garantire che gli elementi rispettino le normative svizzere, in particolare quelle relative alle strutture in calcestruzzo (SIA 262) e alle strutture esistenti (SIA 269). In questi casi, si possono eseguire test non distruttivi, come le misurazioni a ultrasuoni per rilevare difetti interni, o l’analisi della corrosione per valutare lo stato delle barre di armatura. Test aggiuntivi per i più esigenti possono essere svolti, aumentando però notevolmente i costi, i tempi e quindi l’insicurezza dell’intero processo.
La progettazione del sistema strutturale ha sfruttato le proprietà meccaniche dei solai in calcestruzzo riutilizzati, tra cui la maggiore resistenza a compressione derivante dai processi di carbonatazione nel tempo. Si è sviluppato un sistema modulare, conforme ai principi del DfD, che consente il montaggio e lo smontaggio senza danneggiare i componenti grazie all’uso di connessioni in acciaio progettate su misura. Fondamentale sarà lo sviluppo dei singoli elementi in acciaio che connettono i vari componenti riutilizzati assicurando la resistenza a torsione e l’irrigidimento strutturale: l’IKE sta già lavorando a un progetto di ricerca Innosuisse in questa direzione.
Uno degli aspetti più significativi del progetto è la riduzione dell’impatto ambientale. Il riutilizzo delle lastre di calcestruzzo ha consentito una diminuzione del 62,6% del potenziale di riscaldamento globale (GWP) rispetto a una costruzione tradizionale in calcestruzzo e del 67,9% rispetto a sistemi DfD che impiegano nuovi materiali. Questa riduzione si traduce in una minore necessità di materie prime e una diminuzione delle emissioni legate alla produzione di cemento. Inoltre, i costi energetici associati al trasporto e all’adattamento delle lastre riutilizzate rappresentano solo il 7,9% del GWP totale, evidenziando l’efficienza di questa pratica.

Sfide e opportunità nel riutilizzo di elementi strutturali

Il riutilizzo di elementi strutturali, pur offrendo vantaggi significativi, presenta alcune sfide tecniche e operative. Una delle principali difficoltà risiede nella logistica: il recupero, il trasporto e l’adattamento degli elementi richiedono una pianificazione meticolosa per garantire l’efficienza del processo. A questo si aggiunge la necessità di gestire la varietà di spessori, dimensioni e condizioni degli elementi recuperati, che impone lo sviluppo di sistemi costruttivi estremamente flessibili, modulari e tolleranti alle inevitabili discrepanze dimensionali.
Un altro aspetto cruciale riguarda il sovradimensionamento degli elementi. Gli elementi recuperati spesso presentano caratteristiche meccaniche superiori a quelle strettamente necessarie per il nuovo progetto, a causa di normative più stringenti o di margini di sicurezza applicati in fase di produzione originaria.
Questo sovradimensionamento, se da un lato offre maggiore sicurezza strutturale, dall’altro richiede un’attenta progettazione per sfruttare al meglio queste risorse senza sprechi inutili e aumenti spropositati di altezze interne e volumi negli edifici.
Nel prototipo sviluppato, il progetto ha adottato soluzioni costruttive completamente a secco, eliminando l’uso di malta o altri materiali leganti permanenti. Questo approccio non solo facilita il montaggio e il successivo smontaggio degli elementi, ma rispetta anche i principi DfD. La modularità è stata garantita dall’impiego di connessioni meccaniche, con manicotti d’acciaio progettati appositamente, che assicurano stabilità e reversibilità. Questi dovranno essere integrati in un intero sistema costruttivo standardizzato e prodotto industrialmente che possa rispondere a differenti configurazioni e griglie spaziali oltre a rispettare tutte le normative della fisica della costruzione come resistenza al fuoco, isolamento termico e acustico.
 

Progetti come questo non solo dimostrano la fattibilità tecnica del riuso, ma sottolineano anche l’importanza di una progettazione orientata alla disassemblabilità e alla flessibilità. In un futuro sempre più segnato dalla necessità di costruzioni sostenibili, l’integrazione di elementi sovradimensionati, la gestione della tolleranza costruttiva e l’adozione di tecniche completamente a secco rappresentano passi fondamentali verso un’edilizia più responsabile e innovativa.

    Progetto arch. Adrian Kiesel, ricercatore IKE ZHAW, ing. Patric Fischli-Boson, docente IBP ZHAW
    Realizzazione Implenia SA, Diamantbohr SA, Müller-Stein SA, Eberhard SA, Lyn Tec SA
    Date: febbraio–novembre 2024
 

    Informazioni aggiuntive possono essere trovate nel sito del progetto di ricerca dell’IKE ZHAW: Concrete Structural Reusability (https://www.zhaw.ch/de/forschung/projekt/74477/)