Verso la sostenibilità con un approccio sistemico, multi-scala e a ciclo di vita: nuove prospettive per l’ingegneria strutturale

Il settore dell’ingegneria strutturale, che in passato si è dedicato prevalentemente alla mitigazione dei rischi, è oggi chiamato a coniugare sicurezza e sostenibilità del costruito con una visione a ciclo di vita. Per decenni l’attenzione si è concentrata soprattutto sulla capacità delle strutture di resistere agli eventi estremi — come terremoti, alluvioni o azioni accidentali — riducendo la probabilità di collasso e proteggendo la vita umana. Oggi questa prospettiva rimane centrale, ma non è più sufficiente. Le sfide globali richiedono infatti di considerare non solo la sicurezza immediata delle costruzioni, ma anche le prestazioni nel tempo, gli impatti ambientali associati ai materiali e ai processi costruttivi e le conseguenze economiche e sociali delle scelte progettuali lungo l’intera vita di servizio delle opere.

In linea con il Sendai Framework e i Sustainable Development Goals, la sostenibilità nel settore delle costruzioni — spesso in passato ricondotta prevalentemente ai soli temi dell’eco-efficienza — emerge oggi come un equilibrio tra molteplici valori, tra cui sicurezza e resilienza, uso efficiente delle risorse, ma anche equità e benessere delle persone. La sostenibilità è pertanto vista sia come sicurezza e resilienza nei confronti dei rischi naturali e antropici, il cui potenziale impatto risulta esacerbato dai fenomeni di invecchiamento e degrado strutturale e dagli effetti dei cambiamenti climatici, che stanno modificando la frequenza e l’intensità di molti eventi estremi e aumentando la velocità di degrado di materiali e componenti, sia come riduzione degli impatti ambientali, economici e sociali nell’intero ciclo di vita delle costruzioni e delle infrastrutture.

La risposta a questa nuova sfida richiede il soddisfacimento di requisiti sempre più articolati, di tipo sociale, politico, economico e ambientale, finalizzati a garantire una piena sostenibilità delle scelte progettuali e gestionali adottate. Non si tratta più soltanto di progettare strutture sicure, ma di sviluppare strategie capaci di integrare molte dimensioni, quali sicurezza, efficienza nell’uso delle risorse, durabilità e capacità di adattamento nel tempo. Per far fronte a questi problemi, l'ingegneria strutturale sta subendo un profondo cambio di paradigma verso un approccio orientato al ciclo di vita che promuove la progettazione, la manutenzione e la gestione di costruzioni e infrastrutture sostenibili considerando in modo integrato le diverse fasi della loro esistenza — dalla progettazione alla costruzione, dall’uso alla manutenzione, fino all’eventuale adattamento e fine vita — e coniugando molteplici requisiti prestazionali, quali ad esempio eco-efficienza, durabilità, sicurezza, affidabilità, robustezza, funzionalità e resilienza. È quindi richiesto un approccio olistico, che riesca a fare sintesi tra gli aspetti tipici della gestione del rischio e i requisiti per la sostenibilità.

In questo quadro diventa fondamentale affiancare agli strumenti tradizionali dell’ingegneria strutturale nuove metodologie di valutazione e supporto alle decisioni, capaci di considerare simultaneamente le prestazioni strutturali, gli impatti ambientali, i costi lungo il ciclo di vita e le ricadute sociali degli interventi. Solo attraverso questa integrazione sarà possibile progettare e gestire un patrimonio costruito più sicuro, resiliente e responsabile dal punto di vista ambientale, sociale ed economico.

Progetto ReLUIS: Ciclo di vita e sostenibilità di costruzioni e infrastrutture

Per rispondere a queste esigenze, nell’ambito del progetto DPC-ReLUIS 2024-2026 è stato creato il nuovo WP13, che si propone di dare un contributo alla progettazione e alla valutazione a ciclo di vita di costruzioni e infrastrutture sostenibili attraverso attività di ricerca, sviluppo metodologico e diffusione culturale con i seguenti obiettivi principali:

• favorire la riduzione delle emissioni e la transizione ecologica (Green) del patrimonio costruito per uno sviluppo economico, sociale e ambientale sostenibile ed equo, mediante l’implementazione di una concezione estesa di sostenibilità che coniughi i concetti di eco-efficienza e ciclo di vita con quelli di sicurezza, affidabilità, robustezza, funzionalità e resilienza, superando la tradizionale separazione tra valutazioni ambientali e valutazioni strutturali e promuovendo un approccio integrato alla gestione del rischio e delle prestazioni nel tempo;

• inquadrare i temi della sostenibilità e del ciclo di vita delle costruzioni in modo organico, attraverso lo sviluppo di un “linguaggio” condiviso e una base culturale comune sulla quale impostare approfondimenti specifici per le diverse tipologie di opere, favorendo il dialogo tra comunità scientifiche diverse — ingegneria strutturale, ingegneria ambientale, pianificazione urbana e gestione delle infrastrutture — e contribuendo alla costruzione di un quadro metodologico di riferimento per l’analisi e la valutazione del costruito;
• promuovere il ruolo centrale dell’ingegneria strutturale nel processo di attuazione della sostenibilità, evidenziando come le scelte strutturali influenzino in modo determinante non solo la sicurezza, la durabilità, la manutenibilità e gli impatti ambientali delle opere lungo l’intero ciclo di vita, ma anche la qualità del patrimonio costruito che verrà ereditato dalle generazioni future, e valorizzando il contributo che la disciplina può offrire allo sviluppo di strategie di mitigazione e adattamento ai cambiamenti climatici, per la costruzione di un ambiente costruito più sicuro, resiliente e sostenibile nel lungo periodo;
• ampliare la visione delle fasi di progetto e valutazione del costruito considerando le prestazioni strutturali e gli impatti nell’intero ciclo di vita e con una visione multi-scala, dalla singola opera alla dimensione urbana e infrastrutturale, tenendo conto delle interazioni tra edifici, ponti e sistemi infrastrutturali e del loro ruolo nella costruzione di ecosistemi urbani e territoriali più resilienti, nonché delle ricadute economiche, ambientali e sociali delle scelte progettuali sulla qualità, sulla sicurezza e sulla capacità di adattamento dei sistemi costruiti nel lungo periodo;

• aumentare la consapevolezza tecnica, sociale e politica della necessità di una impostazione a ciclo di vita per la verifica della effettiva sostenibilità, per la progettazione di costruzioni e infrastrutture sostenibili e per il recupero integrato e sostenibile di opere esistenti, anche attraverso lo sviluppo di strumenti di supporto alle decisioni, casi studio e attività di disseminazione, in modo da favorire l’applicazione consapevole di questa impostazione nella pratica professionale e il suo recepimento nel contesto normativo.

Attività del progetto ReLUIS WP13

Per il conseguimento di tali obiettivi le attività del WP sono suddivise in tre macro-Task tra loro complementari, che affrontano in modo coordinato i principali aspetti scientifici e metodologici legati alla sostenibilità e al ciclo di vita del costruito.

Il primo macro-Task è dedicato alla definizione dei principi, degli indicatori prestazionali e di impatto e delle metriche necessari per valutare la sostenibilità delle costruzioni e delle infrastrutture, intesa come integrazione tra sicurezza, eco-efficienza, funzionalità, resilienza, equità, benessere nel ciclo di vita delle opere. L’obiettivo è sviluppare un quadro concettuale e metodologico condiviso che consenta di valutare in modo coerente e comparabile le prestazioni delle opere lungo l’intero ciclo di vita, supportando così processi decisionali più consapevoli nella progettazione e nella gestione del costruito e promuovendo l’integrazione, fin dalle prime fasi di pianificazione e concezione delle opere, di obiettivi progettuali orientati alla sostenibilità (i cosiddetti design for, quali ad esempio: progettazione per l’eco-efficienza, la facilità di costruzione, la durabilità, la flessibilità e la circolarità).

Questo approccio riconosce che è proprio nelle fasi iniziali del progetto che si determinano in larga misura le prestazioni e gli impatti delle opere nel loro ciclo di vita.

Il secondo macro-Task riguarda lo sviluppo di modelli di degrado e di evoluzione delle prestazioni strutturali nel tempo, in grado di recepire i principali fenomeni di invecchiamento, deterioramento e danneggiamento che interessano i materiali e i sistemi strutturali durante la vita utile delle opere.

In una prima fase tali modelli vengono sviluppati secondo un approccio deterministico, finalizzato a descrivere e comprendere i meccanismi fisici e meccanici che governano l’evoluzione del degrado e delle prestazioni strutturali nel tempo. Successivamente, l’analisi viene estesa in campo probabilistico al fine di tenere conto delle diverse fonti di incertezza associate ai processi di degrado, alla variabilità dei materiali, alle condizioni ambientali e alle azioni agenti sulle strutture.

Tali modelli consentono di considerare in modo più realistico l’evoluzione delle condizioni strutturali, anche in relazione alle azioni ambientali e agli effetti dei cambiamenti climatici, contribuendo a migliorare le strategie di manutenzione, gestione e pianificazione degli interventi sul patrimonio costruito e supportando valutazioni di affidabilità e prestazioni nel ciclo di vita delle opere.

Il terzo macro-Task è orientato all’implementazione e all’applicazione dei criteri di progettazione e valutazione sviluppati, con particolare attenzione all’estensione dell’analisi dal livello della singola opera alla scala urbana e infrastrutturale. In questa prospettiva, le metodologie sviluppate vengono applicate alla valutazione delle prestazioni di sistemi composti da più opere, tenendo conto delle interazioni tra edifici, infrastrutture e sistemi territoriali e delle ricadute economiche, ambientali e sociali delle scelte progettuali. Questo approccio multi-scala consente di supportare strategie di pianificazione e gestione del patrimonio costruito orientate alla resilienza e alla sostenibilità dei sistemi urbani e infrastrutturali nel loro complesso.

In questo modo il WP13 si propone di contribuire allo sviluppo di una nuova cultura della progettazione strutturale, capace di integrare sicurezza, sostenibilità e visione a lungo termine nella trasformazione del patrimonio costruito.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DELL'INTERVENTO DI ALESSANDRA MARINI E FABIO BIONDINI.

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, mediante l'aiuto dell'IA.

IN SINTESI
-La sostenibilità nel costruito non riguarda solo le nuove opere e l’energia, ma soprattutto il patrimonio esistente e i suoi impatti ambientali, sociali ed economici.
-Il ruolo dell’ingegnere strutturista evolve: dalla sola verifica di sicurezza a una responsabilità più ampia verso resilienza, durabilità e generazioni future.
-È necessario passare da una progettazione “a istantanee” a un approccio lungo l’intero ciclo di vita delle opere, considerando degrado, manutenzione e fine vita.
-I criteri di progetto devono integrare nuovi obiettivi (“design for” riparabilità, manutenzione, circolarità) insieme alle prestazioni strutturali tradizionali.
-La valutazione degli interventi deve diventare sistemica e multicriterio, dalla scala della singola opera a quella urbana e infrastrutturale, per evitare soluzioni parziali che aumentano i rischi complessivi.