LCA dei solai in laterocemento

Elisabetta Palumbo Ricerca LCA dei solai in laterocemento In un ottica di sostenibilità ambientale, la progettazione e la costruzione di soluzioni tecniche di solaio non possono prescindere dalla valutazione dei requisisti energetici e di impatto a essi connessi. Attraverso l applicazione del metodo LCA, sono messe a confronto le prestazioni ambientali di alcune delle tipologie di solai oggigiorno di maggior impiego nel settore delle costruzioni Nella pratica costruttiva italiana, la maggior parte delle strutture orizzontali e inclinate è realizzata con solai in laterocemento. Gli studi sperimentali sui numerosi aspetti che devono essere considerati durante la progettazione dei solai dalla rispondenza in termini statici, di resistenza al fuoco e di isolamento termoacustico alle odierne normative tecnico-prestazionali, al controllo delle operazioni esecutive negli ultimi anni sono stati affiancati da ricerche sulle prestazioni energetico-ambientali delle diverse soluzioni oggi disponibili, valutate nell arco del loro ciclo di vita. In un ottica di sostenibilità ambientale, la progettazione e l esecuzione/costruzione di soluzioni tecniche di solaio, così come degli altri componenti dell edificio, non possono prescindere dalla valutazione dei requisisti energetici e di impatto ad essi connessi. I risultati di una valutazione Life Cycle Assessment (acronimo in inglese LCA) applicata ad un elemento tecnico permettono di capire le ricadute che esso, e l edificio nel quale è inserito, hanno sull ambiente, con riferimento ad aspetti quali il cambiamento climatico, le emissioni in aria, acqua e suolo, i danni sulla salute umana, il consumo di risorse non rinnovabili. Uno dei fondamenti dell architettura durevole, nel senso francese del termine, dove durable implica sostenibile, è proprio quello di adoperare elementi longevi con un lungo ciclo di vita. Se l obiettivo che si vuole perseguire è quello di realizzare architetture che consumino poco, i cui materiali siano di basso impegno energetico ovvero con ridotta o controllata quantità di energia necessaria per la loro produzione e che abbiano un ridotto impatto ambientale e risultino affidabili nel lungo periodo, le strategie operative da intraprendere devono essere volte all innovazione e alla qualificazione ambientale dei materiali e dei prodotti utilizzati più diffusamente nella corrente pratica costruttiva. L obiettivo del presente studio è volto a delineare un profilo energetico-ambientale delle soluzioni di solaio in laterocemento più diffuse nel settore costruttivo italiano, attraverso una analisi LCA di tutti i materiali e i prodotti che le costituiscono: una valutazione dalla culla alla tomba, dalla estrazione delle materie prime al fine vita, passando per tutte le tappe intermedie che connotano lo specifico sistema costruttivo in quanto tale (produzione, costruzione, manutenzione e fine vita). Un profilo di questo tipo permette al progettista, integrandolo con le valutazioni relative ai consumi in fase d uso in un preciso progetto e contesto climatico, di operare scelte progettuali più attente al rispetto dell ambiente. 1Categorie di danno e di impatto utilizzate dal metodo Eco-Indicator 99. Categorie di danno Categorie di impatto SALUTE UMANA QUALITÀ DELL ECOSISTEMA IMPOVERIMENTO DELLE RISORSE assottigliamento dello radiazioni ionizzanti /eutrofizzazione / occupazione e riconversione del suolo consumo di 48 CIL 127

1a. Solaio a travetti tralicciati con fondello in o e blocchi interposti in o 1b. Solaio a travetti precompressi e blocchi di o interposti Quantità di materiali (kg) in 1 m 2 di solaio Quantità di materiali (kg) in 1 m 2 di solaio solaio a travetti tralicciati solaio a lastra 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Legenda 1. cappa in calcestruzzo sp. 4 cm 2. rete elettrosaldata 3. armatura aggiuntiva in tondino di 4. blocco per solaio in o 5. travetto tralicciato in laterocemento su fondello in o (misure in cm) Quantità di materiali (kg) in 1 m 2 di solaio Scheda tecnica Altezza 0,24 m Peso 279 kg/m 2 Luce massima 5,3 m solaio gettato in opera solaio a travetti in precompresso Legenda 1. cappa in calcestruzzo sp. 4 cm 2. rete elettrosaldata 3. armatura aggiuntiva in tondino di 4. blocco per solaio in o 5. travetto in calcestruzzo armato precompresso (misure in cm) 1c. Solaio a lastra in cemento armato con elementi di alleggerimento in o 1d. Solaio gettato in opera con elemendi di o Scheda tecnica Altezza 0,24 m Peso 303 kg/m 2 Luce massima 5,3 m Quantità di materiali (kg) in 1 m 2 di solaio 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (misure in cm) (misure in cm) Legenda 1. cappa in calcestruzzo sp. 4 cm 2. rete elettrosaldata 3. armatura aggiuntiva in tondino di 4. elemento di alleggerimento in o 5. lastra precompressa in calcestruzzo irrigidita da tralicci metallici Scheda tecnica Altezza 0,24 m Peso 396,5 kg/m 2 Luce massima 5,3 m Legenda 1. cappa in calcestruzzo sp. 4 cm 2. rete elettrosaldata 3. armatura aggiuntiva in tondino di 4. blocco per solaio in o 5. armatura in tondino di Scheda tecnica Altezza 0,24 m Peso 279 kg/m 2 Luce massima 5,3 m 1. Soluzioni di solaio analizzate: descrizione e caratteristiche. o 49 RICERCA

recupero smaltimento materiali edili riciclo rifiuti inerti in cantiere riciclo scarti inerti in cantiere prodotto evitato (ghiaia) carburante per macchine di cantiere stoccaggio in cantiere trasporto dei in cantiere trasporto materiali complementari rete elettrosaldata getto di cis 2. Valutazione LCA per categorie di impatto di 1 m 2 di solaio a travetti tralicciati con fondello in o e blocchi interposti. soletta armata blocchi di o per solai 10 9 8 7 6 5 4 3. Valutazione LCA per categorie di danno relativa alla fase di produzione di materiali per 1 m 2 di solaio a travetti tralicciati con fondello in o e blocchi interposti. 3 2 1 0 salute umana qualità ecosistemica risorse La metodologia scientifica (1) utilizzata per definire il profilo ambientale delle soluzioni di solaio, attraverso la identificazione, sotto forma di indicatori quantitativi, delle principali caratteristiche ambientali del prodotto considerato, è l analisi del ciclo di vita o, secondo la sua formulazione internazionale, Life Cycle Assessment. Allo stato attuale del quadro della regolamentazione, i risultati di una LCA non sono confrontabili con livelli, classi o benchmark di impatto ammessi o raccomandati in norme e standard e devono essere invece intesi come risultati da interpretare da parte del committente, dell utente, del progettista a supporto di decisioni e scelte volte a minimizzare impatti negativi sull ambiente e ad ottimizzare la sostenibilità ambientale dell edificio. Campo di applicazione dell analisi Le tipologie di solaio in laterocemento ritenute più diffuse nella pratica costruttiva italiana, e qui analizzate, sono le seguenti: 1. solaio a travetti tralicciati con fondello in o e blocchi interposti in o; 2. solaio a travetti precompressi e blocchi di o interposti; 3. solaio a lastra in cemento armato con elementi di alleggerimento in o; 4. solaio gettato in opera con elementi di o. Le diverse tipologie, per le quali è stato effettuato, a parità di luce circa 5 m e di carico permanente 250/kg/m 2, accidentale 200/kg/m 2, un dimensionamento di massima (2), sono 50 CIL 127

recupero smaltimento materiali edili riciclo rifiuti inerti in cantiere riciclo scarti inerti in cantiere prodotto evitato (ghiaia) carburante per macchine di cantiere stoccaggio in cantiere trasporto dei in cantiere trasporto materiali complementari rete elettrosaldata getto di cis soletta armata 4. Valutazione LCA per categorie di impatto di 1 m 2 di solaio a travetti precompressi e blocchi di o interposti. blocchi di o per solai 10 9 8 5. Valutazione LCA per categorie di danno relativa alla fase di produzione di materiali per 1 m 2 di solaio a travetti precompressi e blocchi di o interposti. 7 6 5 4 3 2 1 0 salute umana qualità ecosistemica risorse state esaminate sulla base del solo solaio strutturale, trascurando perciò le possibili stratigrafie al di sopra del getto di completamento. Tale ipotesi di studio è significativa per un confronto di analisi Life Cycle Assessment in quanto l unità funzionale oggetto di valutazione è, in tutti e quattro i casi, rappresentata da una soluzione strutturale di pari prestazione. Per quanto riguarda le valutazioni sull isolamento acustico dai rumori di calpestio e di urto e di isolamento termico delle quattro alternative di solaio, esse hanno un comportamento simile; in nessun caso, però, assolvono appieno la prestazione richiesta. È infatti riconosciuto che, ai fini dell isolamento acustico, il solaio strutturale da solo non è sufficiente a garantire valori tali da ottemperare ai limiti legislativi (3) : è necessario, dunque, prevedere l inserimento di ulteriori strati al di sopra di quello considerato nell analisi svolta (pavimento galleggiante). Stesso discorso vale per l isolamento termico: per raggiungere idonei valori di trasmittanza termica, in base ai limiti e alle condizioni previste dalla legge (4), il solaio strutturale, nelle tipologie prese in esame dallo studio, deve essere dotato di un adeguato strato isolante. Le caratteristiche delle quattro soluzioni costruttive sono riportate nella fig. 1 (i dati fanno riferimento alla documentazione tecnica fornita dai relativi produttori ed alla letteratura esistente) in materia. 51 RICERCA

recupero smaltimento materiali edili riciclo rifiuti inerti in cantiere riciclo scarti inerti in cantiere prodotto evitato (ghiaia) carburante per macchine di cantiere stoccaggio in cantiere trasporto dei in cantiere trasporto materiali complementari rete elettrosaldata getto di cis 6. Valutazione LCA per categorie di impatto di 1 m 2 di solaio a lastra in cemento armato con elementi di alleggerimento in o. soletta armata blocchi di o per solai 10 9 8 7 6 5 4 7. Valutazione LCA per categorie di danno relativa alla fase di produzione di materiali per 1 m 2 di solaio a lastra in cemento armato con elementi di alleggerimento in o. 3 2 1 0 salute umana qualità ecosistemica risorse L analisi L unità funzionale L unità funzionale è 1 m 2 di solaio strutturale con le caratteristiche riportate nella figura 1. L analisi LCA ha riguardato le fasi di: produzione trasporto dei materiali dalla cava all azienda produttrice gasolio/energie per l alimentazione delle macchine di cantiere fine vita e riciclo dei materiali. I dati di inventario sui fanno riferimento a precedenti ricerche sviluppate in tale ambito (5), mentre quelli sugli altri materiali costituenti le diverse soluzioni tecniche fanno riferimento principalmente a due banche dati presenti nel software SimaPro utilizzato per la simulazione LCA (Ecoinvent system processes e IDEMAT 2001). Il metodo di valutazione Il metodo di valutazione utilizzato per l analisi è l Eco-indicator 99, sviluppato dalla Pré (Product Ecology Consultants) per conto del Ministero dell Ambiente olandese, di semplice lettura per il progettista, poiché restituisce i dati dell analisi LCA in grandezze di facile comprensione ed utilizzo, i cosiddetti eco-indicatori o eco-punti (Pt). Il metodo valuta l impatto associato all analisi LCA sulla base di 11 categorie di impatto (, allergeni respiratori organici e inorganici,,, strato di ozono,,,, e ), ognuna delle quali incide sulle 3 categorie di danno valutate dal metodo: salute umana, qualità ecosistemica ed esaurimento delle risorse (tabella 1). 52 CIL 127

recupero riciclo rifiuti inerti in cantiere 8. Valutazione LCA per categorie di impatto di 1 m 2 di solaio gettato in opera con elementi di o. riciclo scarti inerti in cantiere prodotto evitato (ghiaia) carburante per macchine di cantiere stoccaggio in cantiere trasporto dei in cantiere trasporto materiali complementari rete elettrosaldata getto di cis armature blocchi di o per solai 10 9 8 9. Valutazione LCA per categorie di danno relativa alla fase di produzione di materiali per 1 m 2 di solaio gettato in opera con elementi di o. 7 6 5 4 3 2 1 0 salute umana qualità ecosistemica risorse Risultati 1. Solaio a travetti tralicciati con fondello in o e blocchi interposti L impatto complessivo della soluzione tecnica, espresso in ecopunti (metodo Eco-indicator 99), è pari a 8,91 Pt. Nel solaio in esame, le categorie di impatto che presentano maggiori valori, e che quindi incidono maggiormente sull impatto totale della soluzione, sono: (64,7%), consumo di (18,2%), (7,5%), (3,7%); tutte le altre categorie di impatto incidono in percentuali al di sotto del 2%: difatti il valore più basso si riscontra per la categoria (0,000324%). Le emissioni di sostanze inorganiche allergeni respiratori si manifestano prevalentemente nelle fasi produttive dei materiali componenti la soluzione tecnica; in particolare, incide notevolmente su questo impatto la fase di produzione del calcestruzzo utilizzato come getto di completamento (80% sul totale degli allergeni inorganici prodotti nel ciclo di vita). Il consumo di si registra tra il 26 e il 32% nelle fasi produttive, rispettivamente, del calcestruzzo e del o e per circa il 18% dell, mentre l incidenza dei consumi dovuti ai trasporti dall azienda al cantiere, nelle ipotesi di distanze medie comuni nel mercato italiano, è di ca. il 13% sul totale di questa categoria di impatto. Dall analisi dell intera soluzione di solaio attraverso le tre categorie di danno salute umana, qualità ecosistemica e uso delle risorse, si evince che l impatto maggiore si ha sulla salute umana, ca. il 74%, attribuibile per gran parte al calcestruzzo. Per questa categoria di danno, il o contribuisce meno di 53 RICERCA

solaio gettato in opera solaio a lastra e alleggerimento in o solaio a travetti precompressi solaio a travetti tralicciati e blocchi interpost in o 10. Valutazione LCA comparativa per categorie di impatto di 1 m 2 di soluzioni di solaio in laterocemento. 11. Valutazione LCA comparativa per categorie di danno di 1 m 2 di soluzioni di solaio in laterocemento. salute umana qualità ecosistemica risorse a travetti tralicciati e blocchi a travetti precompressi a lastra in c.a. gettato in opera interposti in o alleggerimenti in o tutti gli altri materiali. Invece, ad esso è imputabile in misura maggiore il consumo di 31,6% sul totale di 19% delle risorse sfruttate nell intero ciclo di vita dovuto all utilizzo di gas naturale nella fase di cottura del materiale, da cui la considerazione che l efficienza energetica degli impianti produttivi è una buona strategia da perseguire. Bassissimo è infine il contributo del o alla categoria di danno qualità ecosistemica come evidenziato nel grafico di fig. 3. 2. Solaio a travetti precompressi e blocchi di o interposti Nella soluzione a travetti precompressi, l impatto complessivo è pari a 9,84 eco-punti. Le categorie di impatto che insieme incidono per quasi l 83% nella determinazione del danno totale sono: per il 66% gli allergeni respiratori inorganici, di cui quasi il 70% è imputabile alla produzione del calcestruzzo, utilizzato in misura consistente nel getto di riempimento del solaio, e per il 16,8% il consumo di, il cui impatto è determinato in misura quasi paritaria (ca. 30%) nelle fasi di produzione, sia del calcestruzzo, sia del o. L analisi per categorie di danno della soluzione di solaio rileva 7,43 eco-punti di impatto nella categoria salute umana, di cui 4,59 Pt derivano dalla produzione di calcestruzzo per il getto di riempimento, 0,32 da quella dei e ca. 1,1 Pt per la realizzaione dei travetti precompressi. In qualità ecosistemica, l impatto è molto basso, di ca. 0,7 Pt, mentre in risorse il punteggio totale è di 1,72 Pt di cui 0,5 è da attribuirsi alla produzione del o, in particolare alla fase di cottura, e 0,4 a quella del calcestruzzo. 54 CIL 127

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% % in peso totale del solaio % nel danno totale 12. Incidenza % del o, in peso e in impatto, nella soluzione di solaio a travetti tralicciati. 3. Solaio a lastra in cemento armato con elementi di alleggerimento in o L impatto complessivo della soluzione tecnica, espresso in ecopunti, è pari a 14,1 Pt, di cui i valori più alti si hanno in: allergeni respiratori inorganici (9,76 Pt, 69% dell impatto totale), (1,99 Pt, ovvero il 14,1% del totale), valori al di sotto di 1 per le restanti categorie di impatto, variabili da ca. 0,99 ( ) a 0,000272 Pt ( strato di ozono ). L attribuzione degli impatti a queste categorie deriva, come già rilevato nelle altre soluzioni di solaio, dalla fase produttiva dei materiali che costituiscono le soluzioni di solaio, primo tra tutti il calcestruzzo, che comunque è utilizzato in alte quantità, soprattutto come strato di riempimento, poi da e. In termini di categorie di danno, si hanno punteggi pari a 11 Pt in salute umana, 2,1 in risorse e 1 in qualità ecosistemica. 4. Solaio gettato in opera con elementi di o Nell ultima soluzione di solaio presa in esame, il danno totale vale 9 ecopunti che, in termini di categorie di impatto, si traduce in: 64,3% di emissioni di sostanze inorganiche sulle vie respiratorie, il 18% di consumo di, quasi l 8% di e il 3,7% in. Analogamente agli altri tre casi analizzati, la categoria di impatto relativa ai danni causati da sostanze organiche alle vie respiratorie è determinata in percentuale alta nella fase di produzione del calcestruzzo per l 81% e di ca. il 5% dal o e dall. Quest ultimo dato, che costituisce un buon punteggio per il o, essendo impiegato nella soluzione tecnica in esame in quantità di ca. il 30%, non ha la stessa valenza nel caso dell poiché la quantità impiegata nella soluzione tecnica rappresenta circa il 3% del peso totale del solaio. Analisi comparativa delle soluzioni di solaio Dall analisi comparativa del ciclo di vita delle differenti tipologie di solaio, risulta che la soluzione che raggiunge il punteggio di impatto totale più basso è quella a travetti tralicciati su fondello in o e blocchi interposti in o, con un valore di 8,91 Pt, seguita da quella gettata in opera, di peso proprio quasi uguale, con 9,1 Pt, poi da quella a travetti precompressi, 9,84 Pt, e da ultimo con 14,1 Pt da quella a lastra in calcestruzzo armato e blocchi di alleggerimento in o. Dalla soluzione a lastra, con più alto impatto, a quella a meno, in travetti tralicciati, si ha una diminuzione del danno totale del 58% che, letto nelle tre categorie di danno, si traduce in: una riduzione del danno sulla salute umana del 67% (da 11 Pt si passa a ca. 6,6 Pt); una diminuzione del danno sulla qualità ecosistemica del 58% (da 1 Pt si arriva a 0,63 Pt); infine un minor utilizzo delle risorse del 24% (da 2,1 Pt a 1,7 Pt). Delle quattro soluzioni, si registrano impatti paragonabili per quelle tre in cui è maggiore la presenza del o, il quale di fatto tende ad apportare un effetto di contenimento del danno ambientale. Per contro, la soluzione più impattante, al netto della valutazione della fase d'uso (non contemplata in questa analisi), è il solaio a lastre, più pesante e con maggiore presenza di calcestruzzo. I valori di danno ambientale totale delle soluzioni in laterocemento (8,9 14,1 Pt) risultano, comunque, inferiori ad altre tipologie presenti sul mercato e con le stesse prestazioni strutturali (a lastra con alleggerimento in polistirolo con 14,3 Pt e soletta su lamiera grecata con 17,1 Pt). In conclusione, il o, nelle quattro tipologie di solaio analizzate, raggiunge sempre valori di impatto ridotti. Infatti, da un analisi più dettagliata della sola fase di produzione dei tre principali componenti della soluzione tecnica in cui il o è presente in quantità maggiori (30,6%), solaio a travetti tralicciati e blocchi interposti, si desume che l incidenza che esso ha sulla determinazione del danno totale è del 12% (fig. 12). Note 1. La metodologia Life Cycle Assessment (LCA) è regolata dalle norme della serie ISO 14040. 2. In questa fase sono stati preziosi i contributi dell ing.vincenzo Bacco e dell ing. Lorenzo Castriotta. 3. DPCM 5/12/97 Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici. 4. Decreto Legislativo 29 dicembre 2006, n. 311. 5. Ricerca LCA LATERIZIO: analisi del ciclo di vita di prodotti e sistemi in o. Convenzione Università degli Studi di Firenze, Dip.Tecnologie dell Architettura e Design PL. Spadolini - Andil Asso. Responsabile M. Chiara Torricelli; gruppo di ricerca: Caterina Gargari, Elisabetta Palumbo,Alain Lusardi,Adolfo F. L. Baratta, Claudio Piferi, Nicoletta Setola; partner esterni: Lisa de Cristofaro (Università Federico II di Napoli), Paolo Neri (Enea, Bologna). 55 RICERCA