Sfide tec­niche per es­ten­dere la vita delle strut­ture

«Non si può impedire di invecchiare, ma si può impedire di diventare vecchi» – Henri Matisse

Date de publication
03-05-2023

Come espresso dal pittore Henri Matisse, tutto invecchia e quindi anche le costruzioni. Le strutture, come tutte le parti che compongono un edificio, sono caratterizzate da quella che a oggi si definisce «vita nominale». Un concetto che, seppur definito a livello normativo solo recentemente, ci ricorda come qualsiasi oggetto costruito sia pensato e progettato per funzionare, in condizioni di ispezione e conservazione ordinarie, per un certo numero di anni. Le norme attuali aiutano i progettisti a definire questo periodo di tempo e, di conseguenza, a produrre piani di controllo e di manutenzione all’interno dei quali vengono descritte le procedure volte al monitoraggio nonché alla supervisione del corretto funzionamento strutturale dei manufatti fino al raggiungimento del termine prestabilito. Ma cosa fare quando si raggiunge e si supera il fine vita? Si può davvero pensare di impedire a una struttura di diventare obsoleta e di prolungarne la durata di esercizio? L’esperienza ci mostra come spesso il sistema portante degli edifici resti solido e versatile per decenni e anche centinaia di anni, ben oltre quanto previsto dal progetto. Talvolta invece ci si trova di fronte a oggetti che richiedono una rivalutazione, con conseguente scelta sul tipo di intervento: demolire o prolungare.

In questo saggio si cercherà di offrire una strategia operativa, orientata all’esame del bilancio ecologico della costruzione con lo scopo di produrre un quadro dei possibili atteggiamenti volti a preservare il più possibile quanto già disponibile. Come punto di partenza si propone di valutare le costruzioni in funzione dell’energia grigia incamerata. Ciò viene descritto dallo studio condotto da Catherine De Wolf dell’ETHZ (fig. 1) che rappresenta un’analisi comparativa dei coefficienti di carbonio incorporato (ECC, espressi in kgCO2e/kg) per i materiali strutturali più diffusi in relazione, sia alle quantità di peso strutturale (SMQ, espresse in kg/m²) che al potenziale di riscaldamento globale di un edificio normalizzato sulla superficie (GWP espresso in kgCO2 e/m²).1 I risultati mostrano come, in generale, il potenziale di riscaldamento globale di un edificio si aggiri in media tra i 150 e i 600 kgCO2e/m². Si tratta di cifre significative che, se rapportate all’intero patrimonio costruito, portano a comprendere quanto possa essere ragionevole preservare piuttosto che demolire e ricostruire.2 Tuttavia, sebbene la struttura abbia un ruolo importante nell’ambito della costruzione, essa non è esaustiva del sistema. Come è noto, fanno parte  della costruzione non solo i materiali portanti, ma anche altri elementi quali l’involucro, le finiture, gli impianti, solo per citarne alcuni. La vita utile di questi ultimi è ben diversa, generalmente più breve. Per questa ragione occorre ponderare attentamente il rapporto tra i diversi componenti e scegliere in maniera accurata come intervenire.

Il lavoro dell’ingegnere civile si può quindi differenziare secondo due condizioni: quando si affronta un oggetto nuovo e quando si interviene sull’esistente.In entrambi i casi, oggi non è più possibile agire senza prima valutare il bilancio ecologico dell’operazione. Nel caso di una nuova struttura si tratta di considerare il quantitativo di carbonio incorporato in relazione alla vita utile futura, al ciclo di vita dei materiali e degli elementi scelti. Quando invece si interviene sul costruito è necessario esaminare attentamente quanto si ha a disposizione, sia dal punto di vista statico-costruttivo che in termini di energia ancora incamerata, con lo scopo di considerare una riconversione o un riutilizzo prima di proporre una demolizione.

In alcuni settori, come il genio civile o i beni culturali protetti, un approccio di questo genere è ormai diffuso da diversi anni. Nel primo caso è usuale che, quando si deve operare su un’infrastruttura strategica legata alla mobilità, prima di optare per la demolizione e il rifacimento, con conseguenti problematiche legate alla funzionalità della rete di trasporto, si contempli un intervento mirato, volto alla messa in sicurezza e al prolungamento dell’esercizio: è il caso delle gallerie e dei viadotti, un fenomeno che in Svizzera è in corso da decenni con frequenti e complessi cantieri lungo la rete autostradale nazionale e che, in questo momento, sta investendo anche l’intera rete italiana. Lo stesso ragionamento si estende al caso delle opere di pregio e tutelate. In questi casi il valore storico e culturale impone il mantenimento del bene attraverso interventi il più possibile rispettosi e puntuali.

Eppur si muove…

Bisogna dunque estendere all’intero complesso del costruito tali concetti. Si tratta di un cambio di paradigma e di approccio progettuale, percepibile sia in ambito professionale che accademico e che, complice la crisi climatica e delle materie prime, si sta rapidamente diffondendo anche nell’opinione pubblica. Non è possibile trascurare i diversi movimenti d’opinione e gli esempi virtuosi nati recentemente sulla scia di questa nuova sensibilità. Se ne elencano solo alcuni, ritenuti significativi dell’evoluzione in atto:

  • il collettivo Countdown 2030,3 che nello scorso novembre 2022 ha consegnato una petizione al Parlamento federale dal titolo Basta con la mania della demolizione - costruiamo in modo sostenibile!;
  • le mostre ai musei di architettura La Svizzera: una demolizione al S AM di Basilea4 e Conservazione o demolizione?  al ZAZ di Zurigo5 sulla questione «demolire e ricostruire»;
  • le iniziative dell’associazione öbu6 che promuove l’economia sostenibile e collabora, per la realizzazione con profilati recuperati dalla dismissione di edifici, con il Centro svizzero per la costruzione in acciaio SZS;
  • il concorso per la costruzione di un nuovo ecocentro promosso dalla città di Zurigo allo Juch Areal,7 dove la committenza ha richiesto espressamente il reimpiego di elementi costruttivi provenienti da edifici che verranno disassemblati;
  • l’attività innovativa di in sito, studio d’architettura zurighese ben illustrata nel libro Bauteilewiederverwenden/Reuse in Construction8 e nel dossier Economia Circolare commissionato nel 2021 dall’Ufficio federale dell’ambiente a Espazium;9
  • la creazione di imprese sociali per promuovere la decostruzione e stoccaggio di elementi costruttivi, creando allo stesso tempo posti di lavoro per persone in difficoltà come Overall a Basilea10 e il centro di prima accoglienza Casa Astra che promuove il progetto Volontariamente per il recupero del piccolo nucleo Casiroli in valle di Muggio in collaborazione con il DACD SUPSI;11
  • il Circular construction hub 4Rnd della SUPSI, che ha l’obiettivo di proporsi, nella Svizzera italiana, come punto di riferimento per professionisti, istituzioni e industrie sul tema dell’economia circolare in edilizia tramite progetti di ricerca e formazione.12

Un nuovo modo di progettare

Il patrimonio costruito di cui si dispone oggi è ricco e variegato, meritevole di essere apprezzato e possibilmente conservato. Cercando di fare una panoramica sugli atteggiamenti e i percorsi circolari che si possono attuare in ambito strutturale, si evidenziano i seguenti tipi di intervento, elencati in ordine decrescente rispetto alla loro effettiva sostenibilità.

Riuso adattivo

Si tratta di un tipo di operazione in loco, orientato alla ristrutturazione delle strutture edilizie col chiaro intento di evitarne la demolizione. Sul piano statico l’approccio è quello di ridurre al minimo gli interventi sulle strutture esistenti attraverso compromessi e adattamenti progettuali, talvolta aumentando il livello di manutenzione e controllo. Quando è inevitabile si interviene attraverso rinforzi, risanamenti e riconversioni. È quanto normalmente viene applicato negli interventi sulle infrastrutture esistenti, come nel caso delle analisi condotte sulla ferrovia retica dallo studio Conzett Bronzini Partner di Coira, seguite poi dai lavori sui ponti Donat e Tavanasa nel Cantone Grigioni.13 Si tratta di atteggiamenti progettuali che dovrebbero essere estesi anche agli edifici: come realizzato nello stabile amministrativo a Lugano dove è stata necessaria una operazione legata alla sicurezza antincendio, oppure al Felix-Platter-Spital di Basilea che è stato adeguato sismicamente tramite l’inserimento dei nuovi nuclei (p. 56), nonché l’intervento conservativo eseguito sul lucernario dell’ex Asilo Ciani di Lugano da parte dello studio d’ingegneria SPP SA con la consulenza di Jürg  Conzett.

Attività del genere richiedono flessibilità operativa e sensibilità nel rispetto della struttura esistente, oltre una conoscenza approfondita dei materiali e del loro funzionamento. Questo si traduce in una fase di analisi preliminare accurata e precisa dove l’ingegnere civile contribuisce a definire la strategia d’intervento, riducendo così le operazioni in fase esecutiva.

Riuso del sistema costruttivo in una nuova posizione con scopi uguali o diversi

Quando una determinata costruzione non assolve più agli scopi originari per il luogo in cui è nata e difficilmente può essere sottoposta a un riuso adattivo, ma offre ancora una certa «vita residua», è possibile evitare la demolizione ipotizzando di intervenire attraverso il disassemblaggio e il trasferimento in altra sede. Il criterio operativo rimanda all’immaginario delle strutture itineranti e temporanee che sono progettate per essere smontate e ricostruite altrove, ma che raramente trova applicazione nel caso di strutture esistenti con funzioni ordinarie di lunga durata. Il progetto, in questi casi, richiede dunque una visione più ampia, che permette un riadattamento o una modifica parziale della forma complessiva limitando il più possibile gli interventi sulle singole parti. Come nel primo caso, è necessario uno studio approfondito e accurato della struttura esistente, avendo l’accortezza di decontestualizzarsi parzialmente dal sistema specifico, per valutarne uno nuovo: dal punto di vista della statica si intendono i carichi variabili, le fondazioni, le condizioni territoriali. Tale approccio è a tutti gli effetti un riuso, proprio come avviene con gli oggetti comuni.

In Ticino è il caso del vecchio ponte della foce del fiume Cassarate a Lugano che, dopo il completamento del progetto di rinaturalizzazione dell’area nel 2014, è stato spostato tout court sul piano della Stampa; oppure della biblioteca dell’Accademia di architettura di Mendrisio, progettata da Mario Botta e Aurelio Galfetti nel 1997 e recentemente smontata e trasferita a Genestrerio per essere trasformata, da Otto Krausbeck in collaborazione con lo studio di ingegneria Comal SA, in centro polisportivo. L’edificio in questione non è stato progettato per essere smontato e riassemblato, tuttavia, trattandosi di una costruzione in legno e grazie a un approfondito studio di recupero, è stato possibile eseguire il lavoro in maniera rapida ed efficiente.

Nelle nuove costruzioni l’attitudine di progettare fin dal primo stadio i sistemi edilizi come smontabili, spostabili e adattabili si sta lentamente diffondendo. È un tema strettamente legato all’analisi del ciclo vita che riporta in primo piano la versatilità dell’acciaio e del legno come materiali da costruzione.

Riuso dei componenti in una nuova posizione per lo stesso scopo o per scopi diversi

È quanto teorizzano i gruppi di ricerca di Corentin Fivet dell’EPFL14 e di Catherine De Wolf dell’ETHZ.15 Entrambi svolgono indagini su diversi tipi di strategie: dalla decostruzione dei manufatti in calcestruzzo tramite taglio in conci da reimpiegare come elementi prefabbricati, alle applicazioni di tecnologie digitali per mappare l’esistente e sviluppare nuove tecniche di reimpiego circolare. Si offre così un nuovo campo di applicazione dell’ingegneria strutturale, dove gli elementi esistenti diventano materie prime idonee alla realizzazione di nuove costruzioni efficaci e durevoli.16 Le basi di progetto stanno nelle caratteristiche del materiale disponibile. Così la forma finale è data dalla disponibilità, ovvero da quanto si trova sul mercato.17

In un certo senso si potrebbe definire una nuova estetica delle strutture, non più  ottimizzata in termini di flusso del carico e volta alla perfezione della forma, ma verso il riuso e la sostenibilità. Una progettazione di questo tipo implica una fase preliminare di ricerca della materia prima che può essere piuttosto lunga e complessa in quanto non esistono ancora organi o istituzioni in grado di offrire in maniera sistematica i materiali derivanti da smontaggio. Si stanno però iniziando a diffondere dei database orientati a questo scopo, alcuni promossi da enti pubblici; a questi si aggiunge la necessità di implementare in maniera sistematica una serie di aspetti logistici legati allo stoccaggio e al trasporto degli elementi costruttivi. Oltralpe, l’esempio più rilevante è il padiglione 118 nell’area ex Sulzer di Winterthur realizzato dallo studio d’architettura in situ,18 mentre in Ticino, al momento, ci sono pochi esempi concreti, seppur non manchino le occasioni di recupero come per le strutture delle ex officine FART di Riazzino, o per i tralicci dell’alta tensione di AET che verranno dismessi nei prossimi anni.

Tutte e tre le strategie proposte si contrappongono alle grandi demolizioni e ricostruzioni, dispendiose e lunghe, offrendo la possibilità di adattare, ampliare, sopraelevare, trasformare, risanare, rinforzare. L’intento è quello di conservare il più possibile, come tradizionalmente avviene quando ci si confronta con beni culturali o luoghi discosti dove spesso si risana con interventi poco onerosi e in tempi più brevi. L’aspetto economico non è trascurabile e, come in tutti i progetti, aldilà della teoria, deve essere considerato sin dalle fasi preliminari del processo progettuale. In tal senso, la crescente crisi di approvvigionamento di materie prime aiuta a rendere competitivo questo approccio e in particolare il recupero di elementi costruttivi.

Supporto tecnico: cosa dicono le norme e come si progetta

Com’è noto, il lavoro dell’ingegnere è legato a chiare procedure di verifica e dimensionamento. È dunque essenziale analizzare se dal punto di vista normativo vi è chiarezza e il giusto supporto a questo nuovo atteggiamento.

Nel 2005 la SIA ha lanciato un progetto pionieristico per sviluppare una serie di codici volti all’analisi delle strutture esistenti. La norma SIA 462 Valutazione della sicurezza strutturale delle strutture esistenti, nel 2011 è stata implementata dalle norme SIA 269. L’approccio si basa su una metodologia pragmatica ed efficace fondata sulle nozioni di attualizzazione, grado di conformità, concetto e progetto di intervento e proporzionalità dell’operazione. I parametri di progetto, quali resistenza, azioni e geometrie, sono dunque definiti come valori attualizzati ovvero aggiornati secondo lo stato di fatto. In questo modo, quando il grado di conoscenza della struttura è maggiore, la norma permette di ridurre i coefficienti moltiplicativi dei carichi permanenti, evitando la semplice applicazione di procedure pensate per le strutture nuove e pertanto eccessivamente cautelative. Le manutenzioni si basano sul concetto di intervento che implica considerazioni a lungo termine e che si ottiene ottimizzando diverse varianti operative (derivate dai risultati dell’esame).

La progettazione di un intervento è l’attuazione del concetto e contempla gli accorgimenti operativi e/o costruttivi da eseguire. Questi ultimi possono comprendere le indagini intensificate (ad esempio il monitoraggio) o le restrizioni nell’uso della struttura come anche la riabilitazione o la modifica della stessa (cioè l’adattamento o la trasformazione per rispondere alle nuove esigenze del suo utilizzo). Il progetto di intervento che ne risulta deve essere giustificato e verificato rispetto a criteri tecnici, economici e operativi. In particolare, la norma prescrive che l’efficacia delle misure volte a ripristinare e garantire la durabilità deve essere dimostrata come proporzionalità in termini di costi e benefici, e affiancata alla valutazione dell’influenza dell’intervento sull’estetica e sul valore culturale di un oggetto esistente. L’obiettivo di questa procedura è ottenere interventi di manutenzione ottimizzati. A livello europeo le norme SIA 269 sono un unicum virtuoso. Analizzando le diverse norme nazionali, le strategie operative sull’esistente sono spesso integrate all’interno delle norme tecniche valide per le nuove strutture. Questo porta frequentemente ad analisi e risultati troppo conservativi che di fatto scoraggiano la salvaguardia e orientano i progettisti verso la demolizione e la ricostruzione.

Esiste un’iniziativa europea,19 ancora non ufficialmente implementata, che tende a definire un nuovo eurocodice dedicato alla conservazione degli interventi sulle strutture esistenti. Uno degli approcci proposti è proprio quello attuato dalla norma SIA 269, il cui scopo è appunto quello di ottenere una procedura che miri al mantenimento e al rispetto di quanto già disponibile evitando analisi prudenziali che portino a interventi smodati o addirittura orientino i professionisti alla valutazione della demolizione piuttosto che alla conservazione.

Un nuovo settore economico che deve ancora essere sviluppato

L’Associazione svizzera degli impresari costruttori rileva annualmente il rapporto percentuale delle nuove costruzioni in relazione agli interventi di riuso. Dopo un aumento marcato degli interventi di recupero tra gli anni Ottanta e Novanta,20 si nota come questa proporzione sia più o meno costante negli ultimi anni (fig. 5). Possibili ragioni di questa latenza possono essere ricercate nella difficoltà operativa e nella pratica esecutiva, e forse anche nella eccessiva disponibilità di capitali da investire nel settore immobiliare a fronte di un mercato finanziario con interessi negativi. Oggi si parla di urban mining, cioè della possibilità di interpretare il paesaggio costruito come un enorme deposito di materie prime utili per essere riutilizzate in nuovi progetti, che varia dal riuso adattivo dell’intero apparato costruttivo fino al disassemblaggio di singoli elementi. Questa attività, indubbiamente interessante e con un grandissimo potenziale di sviluppo, trova ancora delle criticità applicative legate a preconcetti dei committenti, delle imprese e a volte alla poca disponibilità dei progettisti. Perché questo diventi il modus operandi è necessario promuovere una maggiore collaborazione con imprese e committenti, far conoscere e favorire progetti già realizzati secondo questo approccio e incoraggiare le attività di associazioni che si occupano di queste tematiche sostenendo progetti di economia circolare nel settore delle costruzioni legati alla costituzione di banche dati, impianti di riciclaggio e creazione di nuove filiere. Quanto espresso evidenzia la necessità di orientare tutto il settore verso un modo di lavorare che lascia spazio alle diverse professionalità, tra cui ingegneri civili che, sulla base di competenze tecniche consolidate, possono avere un ruolo di primo piano offrendo nuove visioni nella concezione strutturale, nella definizione delle fasi esecutive e nella creazione di nuove opportunità di mercato.

Un’azione collettiva

È noto come l’attività progettuale odierna non sia più frutto dell’azione del singolo ma il risultato di un dialogo e un confronto tra diversi protagonisti in una sorta di azione collettiva, integrata e iterativa. La varietà dei temi esposti in questo saggio fa ben comprendere la grande responsabilità di tutti gli attori coinvolti nell’industria delle costruzioni, inclusi gli ingegneri civili. Come enunciato, spesso le strutture sono le parti più durevoli delle costruzioni e contengono un maggior contenuto di energia grigia. Dunque, si ritiene essenziale che anche gli ingegneri incomincino ad agire in modo critico nei confronti della scelta di demolire edifici e manufatti che potrebbero essere recuperati. È però necessario che la formazione universitaria degli stessi, spesso troppo incentrata sul calcolo e l’analisi, si orienti maggiormente verso la cultura e la storia delle costruzioni, offrendo loro le competenze per valutare le strutture esistenti non solo dal punto di vista tecnico ma anche culturale.

A livello accademico si notano alcuni cambiamenti in tal senso, a partire dai corsi di storia dell’ingegneria o da esperienze di pratica progettuale integrata tra ingegneri e architetti, che mostrano un grande potenziale applicativo in ambito professionale. Dunque, quanto esposto, prelude a molteplici spunti di riflessione ed evoluzioni che innegabilmente porteranno a nuove visioni e una nuova forma di creatività progettuale.

Note

 

1 C. De Wolf, Low Carbon Pathways for Structural Design: Embodied Life Cycle Impacts of Building Structures, Phd Thesis, MIT Dipartimento di architettura, Cambridge (MA) 2017.

 

2 Structural Engineers 2050 Commitment Initiative. Leading to Zero Carbon Structures, Carbon Leadership Forum, 2017.

 

3 Countdown 2030, https://countdown2030.ch, consultato il 20 gennaio 2023.

 

4 SAM - Museo svizzero di architettura, https://www.sam-basel.org, consultato il 20 gennaio 2023.

 

5 ZAZ - Zentrum Architektur Zürich, https://www.zaz-bellerive.ch, consultato il 20 gennaio 2023.

 

6 öbu - Associazione per le imprese sostenibili, https://www.oebu.ch, consultato il 20 gennaio 2023.

 

7 https://www.stadtzuerich.ch/hbd/de/index/hochbau/wettbewerbe/abgeschlossenewettbewerbe/wettbewerbsveranstaltungen/ausstellung-recyclingzentrum-juch-areal.html, consultato il 20 gennaio 2023.

 

8 E. Stricker, G. Brandi, A.Sonderegger et al., Bauteile Wiederverwenden ein Kompendium zum zirkulären Bauen, Park Book, Zürich 2021.

 

9 Architettura circolare: edifici, concetti e strategie per il futuro, Espazium, 1/2021.

 

10 Overall, https://www.overall.ch, consultato il 20 gennaio 2023.

 

11 ll progetto è stato documentato dalla RSI e disponibile al link: https://www.rsi.ch/rete-due/programmi/cultura/diderot/Supsi-e-casa-Astra-in-missione-a-Casiroli-15383077.html.

 

12 L’obiettivo di 4RnD è quello di creare una piattaforma fisica e digitale, https://www.supsi.ch/isaac/ricerca-applicata/edifici-e-costruzioni-sostenibili/4RnD-.html, consultato il 25 gennaio 2023.

 

13 Anni Venti. I due ponti realizzati a Donat e Tavanasa, Archi, 3/2020, pp. 36-41. Cfr. anche https://www.espazium.ch/it/attualita/i-ponti-di-donat-e-tavanasa.

 

14 Structural Xploration Lab, https://www.epfl.ch/labs/sxl, consultato il 26 gennaio 2023.

 

15 Chair of Circular Engineering for Architecture (CEA), https://cea.ibi.ethz.ch/about_us.html, consultato il 26 gennaio 2023.

 

16 J. Brütting, C. De Wolf, C. Fivet, The reuse of load-bearing components, SBE19 Brussels BAMB-CIRCPATH IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 225, 2019.

 

17 J. Brütting, G. Senatore, C. Fivet, Form follows availability - Designing structures through reuse, «Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures», 2019, n. 60.

 

18 Cfr. Architettura circolare: edifici, concetti e strategie per il futuro, Espazium, 1/2021.

 

19 New European Technical Rules for the Assessment and Retrofitting of Existing Structures, European Commission Joint Research Centre, Luxembourg 2015.

 

20 Zahlen und Fakten 2008, SBV Schweizerische Baumeisterverband, Zürich 2009.