Dipartimento di Strutture per l Ingegneria e l Architettura

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1 LA SOSTENIBILITA NEL SETTORE DELLE COSTRUZIONI Università degli Studi di Napoli Federico II Facoltà di Architettura Napoli, 24 Giugno 2016 Ing. Umberto Vitiello

2 Il concetto di sostenibilità Cosa si intende per sostenibilità? 2 In ambito ambientale, economico e sociale, la sostenibilità è la caratteristica di un processo o di uno stato che può essere mantenuto ad un certo livello indefinitamente. In particolare in ambito ambientale, la sostenibilità è considerata una prerogativa essenziale per garantire la stabilità di un ecosistema[ ] Successivamente il concetto di sostenibilità venne allargato ad altri ambiti, in particolare alla sfera economica e sociale, fornendo una definizione più ampia, secondo la quale le tre condizioni di sostenibilità ambientale, economica e sociale partecipano insieme alla definizione di benessere e progresso.

3 Il concetto di sostenibilità Cosa si intende per sostenibilità? 3 Sicurezza strutturale Affidabilità Robustezza strutturale Adattabilità Manutenibilità Source: Asprone, Prota, Manfredi La valutazione della sostenibilità in edilizia Efficienza energetica Una direzione importantissima che la ricerca sta percorrendo negli ultimi anni è quella legata alle procedure ed alle metodologie per la valutazione della sostenibilità degli interventi edilizi.

4 Aspetti chiave della sostenibilità: LCT 4 Uno strumento di valutazione della sostenibilità in edilizia L analisi della sostenibilità di un opera si effettua introducendo il concetto di Life CycleThinking (LCT). Esso nasce dal considerare contemporaneamente l impatto che l opera ha sulla società (Social-LCA), sull ambiente (LCA) e sull economia (LCC: Life CycleCost). LCT = SLCA + LCA + LCC Source: Worldstill association

5 Life cycle costing (LCC) 5 Valutazione della performance economica di un edificio La procedura sviluppata ha la finalità di determinare la capacità sismica di una struttura nella sua configurazione originale ed in quella rinforzata in un arco temporale corrispondente alla vita utile dell opera. Perdita economica attesa Costo interventi di rinforzo Minimo costo atteso 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Livello di sicurezza Valutazione delle perdite economiche per gli edifici esistenti e di nuova progettazione Definizione di un livello ottimale dal punto di vista economico di rinforzo strutturale Definizione della migliore strategia di intervento su un edificio esistente

6 Life cycle costing (LCC) Procedura di valutazione della performance economica di un edificio 6 D: Location and design Facility Definition D Hazard Analysis IM: Intensity Measure Hazard model g[im D] Site hazard g[im] Structural Analysis EDP: Eng. Demand Param. Structural model p[edp IM] Structural response g[edp] Damage Analysis DM: Damage Measure Fragility model p[dm EDP] Damage response g[dm] Loss Analysis DV: Decision Variable Loss model p[dv DM] Performance g[dv]

7 Life cycle costing (LCC) Modellazione dell edificio 7 Componente architettonica Componente strutturale Componente impiantistica

8 Life cycle costing (LCC) Analisi della pericolosità sismica del sito di base 8 Mappa sismica nazionale PGA con probabilità di superamento del 10% in 50 anni

9 Life cycle costing (LCC) Analisi della pericolosità sismica del sito di base 9 a g : accelerazione orizzontale massima su affioramento rigido con piano campagna orizzontale, riferita a 9 probabilità di eccedenza in 50 anni (TR= anni) fornita su griglia di passo 0.02 (circa 2 km) o 0.05 (circa 5 km) da

10 Life cycle costing (LCC) Analisi della pericolosità sismica del sito di base 10 Gli spettri elastici su sito di riferimento rigido (classe A), per una data probabilità di eccedenza nella vita di riferimento dell opera, sono definiti a partire dai seguenti parametri: a g = accelerazione orizzontale massima attesa su sito di riferimento rigido S e,max = risposta spettrale massima in accelerazione = F 0 a g T * C = inizio del tratto a velocità costante della velocità spettrale S ve F 0 a g Se (g) S ve cos t. S e 2 S T ve 1 T S de cos t. S e 4 T 2 2 S de 1 T 2 a g T B = T * C/3 T * C T (s) T D = 4 a g + 1.6

11 Life cycle costing (LCC) Analisi della pericolosità sismica del sito di base 11 SLU SLC collasso della struttura danni non riparabili, con rischio SLE SLV SLD SLO danni non riparabili, senza rischio danni riparabili, senza rischio normale funzionamento opera ordinaria classe d uso C U II 1 vita naturale V N 50 anni vita di riferimento V R = C u V N 50 anni azione T R periodo di ritorno probabilità di eccedenza T R P (%) Stato Limite di prevenzione del Collasso SLC Stato Limite salvaguardia della Vita SLV Stato Limite di Danno SLD Stato Limite di Operatività SLO 30 81

12 Life cycle costing (LCC) 12 S e (g) Analisi della pericolosità sismica del sito di base Ne derivano spettri variabili con il tempo di ritorno e quindi con lo stato limite 0.8 TR=30anni TR=50anni TR=72anni TR=101anni TR=140anni TR=201anni TR=475anni TR=975anni TR=2475anni T (s) Lo spettro elastico di superficie assume valori particolarmente elevati anche in zone di sismicità non elevata (per 475 anni a g 0.17g)

13 Life cycle costing (LCC) Analisi della pericolosità sismica del sito di base 13 Dati i nove tempi di ritorno per altrettanti sismi che la normativa restituisce per ogni sito, si hanno 8 intervalli temporali di osservazione. Ogni finestra temporale viene rappresentata dalla probabilità di accadimento di un generico sisma con periodo di ritorno compreso tra due periodi consecutivi di normativa. Frequenza annuale di superamento Tempo di ritorno T r (=1/ ) a(g) (Coordinate del punto lat: , lon: , ID: 41228) 16 percentile 50 percentile 84 percentile

14 Life cycle costing (LCC) Analisi Statica non Lineare dell edificio Analisi delle struttura Modellazione della non linearità della struttura; 2. Applicazione delle distribuzioni di forze; 3. Definizione del coefficiente di partecipazione modale; 4. Bilinearizzazione della curva di Pushover; 5. Definizione della rigidezza dell oscillatore e della massa partecipante; 6. Valutazione del periodo dell oscillatore semplice; 7. Valutazione dello spostamento di domanda del sisma; 8. Valutazione del rapporto tra domanda di spostamento e spostamento capace

15 Base reaction [kn] Life cycle costing (LCC) Analisi Statica non Lineare dell edificio Analisi delle struttura Domanda del sisma Meccanismo di crisi Displacement [m] Il rapporto tra la PGA capace e la PGA domanda definisce un certo indice definito come livello di sicurezza I R PGA PGA c d

16 P[DS>DS(IRD)] Life cycle costing (LCC) 16 Curve di Fragilità Analisi del danno Componenti strutturali 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 SLD1 SLD2 SLD3 SLD4 Componenti non strutturali 0,0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 EDP (IDR) Definizione SD Valutazione probabilità di superamento dello SD Valutazione lavorazioni associate Computo costi di ripristino

17 Life cycle costing (LCC) Valutazione della performance economica 17 L T C Vn S i i i Definizione del tasso di sconto T S Vn 1 i 1 1 d d = tasso di sconto annuo i Ci = danno economico del i-esimo step λi = probabilità di accadimento i-esima Ts = tasso di sconto totale Perdita economica iniziale 0 0,0% 20,0% 40,0% 60,0% 80,0% 100,0% I R

18 Costi Life cycle costing (LCC) Definizione di strategie di rinforzo Possibili soluzioni 18 Tipologia di intervento adottato Rinforzo locale con fasciature in FRP ,0% 20,0% 40,0% I R 60,0% 80,0% 100,0% Computo costi del rinforzo

19 Costi Life cycle costing (LCC) 19 Ottimizzazione economica del rinforzo strutturale Perdita economica attesa Costo intervento di rinforzo perdita attesa costo rinforzo costo atteso ,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0% 80,0% 90,0% 100,0% I R MINIMO COSTO ATTESO = OTTIMO ECONOMICO TARGET DI RINFORZO

20 Interpretazione e miglioramento Life cycle analysis (LCA) Valutazioni di sostenibilità 20 La ISO esprime la LCA come una compilazione e valutazione attraverso tutto il ciclo di vita dei flussi in entrata e in uscita, nonché i potenziali impatti ambientali, di un sistema di prodotto. Per sistema di prodotto la ISO intende l insieme di procedure, separato dal sistema ambiente da confini ben definiti e collegato ad esso tramite scambi di input e output, il cui fine è la produzione di beni utili. La struttura della LCA proposta dalla norma ISO si può riassumere in quattro fasi principali: Obiettivo e campo di applicazione Inventario Valutazione degli impatti

21 Life cycle analysis (LCA) Il software SimaPro 21

22 Life cycle analysis (LCA) Il software SimaPro 22

23 Life cycle analysis (LCA) Il software SimaPro 23

24 Life cycle analysis (LCA) Il metodo IMPACT

25 % Life cycle analysis (LCA) Valutazione dell impatto ambientale delle strategie di rinforzo 100, 25 80, 60, 40, Adeguamento sismico con Isolamento alla base adeguamento con parete sismoresistente Ir=100% adeguamento misto (FRP + Ringrosso) Ir=100% adeguamento con FRP Ir=100% 20, 0, Human health Ecosystem quality Climate change Resources Analizzando 'Ir=100%'; Metodo: IMPACT V2.10 / IMPACT / Valutazione dei danni

26 % Confronto; Metodo: IMPACT V2.10 / IMPACT / Valutazione dei danni Life cycle analysis (LCA) 100, Valutazione dell impatto ambientale delle strategie di rinforzo 26 80, 60, 40, Adeguamento sismico con FRP Adeguamento sismico con pareti in c.a. Adeguamento sismico con ringrossi ed FRP Adeguamento sismico con Isolamento alla base 20, 0, Human health Ecosystem quality Climate change Resources

27 Il ciclo di vita delle costruzioni La gestione della fase di «End of life» - una nuova sfida 27

28 Demolizione Selettiva Circular Economy 28 Rifiuti da costruzioni e demolizioni Si definiscono rifiuti da costruzione e demolizione (CDW, Construction Demolition Waste) la vasta gamma di materiali, quali calcestruzzo, laterizi, legno, metalli, vetro, ecc., generati dalle attività di cantiere nei diversi periodi di vita di un un opera civile. L obiettivo europeo al 2020 è quello di riciclare almeno il 70% dei rifiuti da costruzione e demolizione!!!!

29 Demolizione Selettiva Circular Economy Rifiuti da costruzioni e demolizioni 29 In paesi come l Olanda, il Belgio e la Danimarca, la scarsità delle risorse naturali induce ad attuare politiche spinte verso un riciclo e riuso quasi totale; infatti, le percentuali di riutilizzo superano l 80%. Ad esempio, in Olanda, dal gennaio 2001 è vietato conferire in discarica rifiuti da C&D che possono essere riutilizzati o utilizzati come combustibile. In Danimarca ogni Comune è responsabile della raccolta dei rifiuti da C&D e, spesso, ha introdotto dei regolamenti specifici, al fine di garantire il riutilizzo dei materiali. Diversa è la situazione in paesi come la Spagna, il Portogallo, l Irlanda, la Grecia e la stessa Italia, dove la percentuale di rifiuti riutilizzati e riciclati scende dal 9% in giù. In questi ultimi paesi, la disponibilità di materiale naturale a prezzi contenuti, spesso troppo bassi per il conferimento in discarica e la mancanza di un adeguato mercato dei materiali riciclati, incide in modo non favorevole alla diffusione della pratica del riciclo che, a prescindere da qualunque discorso economico, comporta un bilancio ambientale complessivo, decisamente positivo.

30 Demolizione Selettiva Circular Economy L impiego di risorse 30

31 Demolizione Selettiva Circular Economy La produzione di rifiuti del settore delle costruzioni 31

32 Demolizione Selettiva Circular Economy Sprechi del settore delle costruzioni 32

33 Demolizione Selettiva Circular Economy The RE.S.O.L.V.E. Framework 33

34 Demolizione Selettiva Circular Economy The RE.S.O.L.V.E. Framework 34

35 LA SOSTENIBILITA NEL SETTORE DELLE COSTRUZIONI Università degli Studi di Napoli Federico II Facoltà di Architettura Napoli, 24 Giugno 2016 Ing. Umberto Vitiello