Energia, Ambiente E Innovazione

ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE

ENERGIA,ANNO 50 GENNAIO-FEBBRAIO 2004 Il contenuto degli articoli pubblicati è di esclusiva responsabilità degli autori. La riproduzione di articoli o parte di essi deve essere autorizzata dall’ENEA. AMBIENTEFinito di stampare nel mese di febbraio 2004

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www.enea.it www.enea.it Sviluppo sostenibile: una sfida per l’ingegneria civile

Lo sviluppo sostenibile condiziona tutti i momenti dell’attività dell’ingegnere, in particolare dell’ingegnere civile. Ovunque nel mondo ci sia necessità di costruire nuovi sistemi di infrastrutture PAOLO CLEMENTE civili, riparare quelle esistenti, salvaguardare strutture di interesse ENEA storico e artistico l’ingegnere deve essere pronto a fronteggiare UTS Protezione e Sviluppo dell’Ambiente e del Territorio, nuove problematiche e sfide Tecnologie Ambientali

Sustainable development: a challenge for civil engineering

Abstract “Satisfy current needs without jeopardising the capacity of future ge- nerations to satisfy theirs.” From this definition suggested by Gro Harem Brundtland as chair of the U.N. Commission on Environment and Development, it is easy to see that the idea of sustainable development should influence every moment in the work of an engineer. Civil engineers in particular face this challenge in designing civil infrastructure and structural systems. Transportation and water supply systems, waste management and power generation plants are the cor- nerstones of modern civilisation, enabling it to function, grow and sur- vive. All nations need to build new non-military infrastructure, repair structures damaged by time, natural events or humans, and safeguard those of historic and artistic value studi & ricerche

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a costante ricerca di uno sviluppo econo- nuovi sistemi di infrastrutture civili, miglio- mico soddisfacente contrasta con il rispetto rare i sistemi deteriorati, ripristinare o rico- Ldell’ambiente: ne derivano problemi sem- struire le strutture danneggiate da disastri pre maggiori, che non trovano facile solu- naturali o umani, salvaguardare il patrimo- zione anche a causa degli interessi contra- nio culturale. stanti delle varie nazioni. La categorie di L’industria delle costruzioni è senz’altro il problemi in questione, che investono tutti, maggiore responsabile, diretto e indiretto, dai singoli individui alle comunità, dalle in- della distruzione e del degrado delle risor- dustrie alle organizzazioni pubbliche e pri- se naturali, della produzione e dell’accu- vate, sono ben note: mulo di rifiuti e dell’impatto ambientale. Il • il deterioramento delle infrastrutture, l’in- contesto economico, politico e sociale, ora- quinamento e la crescita urbana disordi- mai più sensibile ai problemi ambientali, nata, comincia a pretendere nei progetti l’otti- • la riduzione delle risorse naturali, l’accu- mizzazione nell’uso delle risorse, la ridu- mulo dei rifiuti, il degrado ambientale, zione o eliminazione dei rifiuti, il migliora- • l’aumento della popolazione, l’aumento e mento della compatibilità ambientale. il diffondersi di malattie e dei conflitti so- Pertanto, progettisti e costruttori si imbatto- ciali, economici e politici. no, nella loro attività, in regole sempre più Gli approcci tradizionali, finora utilizzati restrittive, riguardanti la conservazione e la per la produzione, il trasporto e l’uso di protezione dell’ambiente e che rendono beni, prodotti e servizi, e per garantire al sempre più arduo soddisfare i requisiti ri- contempo la mitigazione degli effetti nocivi chiesti dai committenti, i quali pretendono sull’ambiente e la definizione di eventuali livelli sempre più alti di efficienza dei pro- rimedi, si sono rivelati spesso inefficaci e getti e di prestazioni delle costruzioni. costosi. È necessario, pertanto, trovare Affinché l’industria delle costruzioni affronti nuove soluzioni nello spirito dello sviluppo con successo tali sfide è necessario che i sostenibile: “soddisfare i bisogni del pre- concetti e i principi di sostenibilità siano sente senza compromettere la possibilità considerati esplicitamente e sistematica- delle future generazioni di soddisfare i pro- mente in tutte le fasi di progettazione e che pri”. È una nuova sfida per gli ingegneri ci- siano sviluppate nuove tecnologie, sistemi vili, impegnati nella progettazione di siste- di costruzione alternativi e materiali inno- mi di infrastrutture e, in particolare, agli in- vativi. L’applicazione di tali concetti è im- gegneri strutturisti responsabili della pro- presa ardua: a proprietari, progettisti e co- gettazione di sistemi strutturali, componen- struttori non sono offerti incentivi né risor- ti fondamentali di tali sistemi. se appropriate per affrontare le notevoli I sistemi di infrastrutture civili, come gli im- sfide con mezzi nuovi e, inoltre, i concetti e pianti per l’approvvigionamento e la rac- i principi di sostenibilità non sono ancora colta dell’acqua, la raccolta e lo smaltimen- stati adattati alle specificità dell’industria to dei rifiuti, la produzione di energia e le delle costruzioni. infrastrutture di comunicazione, sono ele- Nonostante i numerosi sforzi al riguardo, menti fondamentali per la società moder- resta ancora da chiarire che cosa significhi na. La qualità della vita è correlata al buon sostenibilità per gli ingegneri e che cosa funzionamento e alla sostenibilità dei siste- devono fare gli ingegneri civili per rag- mi di infrastrutture; inoltre, tali sistemi rap- giungere la sostenibilità ad un livello glo- presentano le linee vitali che consentono bale di sistema delle costruzioni, a livello alla nostra società di funzionare, crescere e intermedio di progetto di sistemi di infra- sopravvivere. Non esiste paese al mondo strutture civili e a livello specifico di pro- dove non ci sia la necessità di sviluppare gettazione strutturale.

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Lo sviluppo sostenibile Kothari8 propone di considerare lo svilup- La World Commission on Environmental po sostenibile non come un aspetto dell’e- and Development delle Nazioni Unite, pre- conomia ma come un ideale etico cha si sieduta da Gro Harem Brundtland, ha iden- basa sull’equità fondata sull’autonomia di tificato cinque obiettivi per lo sviluppo so- diverse entità piuttosto che su una struttura stenibile1: di entità dipendenti che si affidi ad aiuti e – crescita economica, trasferimento di tecnologia, sulla parteci- – opportuna localizzazione delle risorse pazione, sull’importanza delle condizioni per sostenere tale crescita, locali e sul valore delle diversità. – partecipazione e la costituzione di siste- Carpenter9,10 ribadisce che la sostenibilità mi politici più democratici, della popolazione umana richiede il rispetto – adozione di stili di vita consoni alla con- e la conservazione della diversità dei popoli servazione ecologica del pianeta, e degli ideali etici, lo sviluppo bilanciato – livelli di popolazione in armonia con le delle iniziative economiche e la salvaguardia potenzialità produttive degli ecosistemi. e la rigenerazione dei sistemi ecologici e A questi va aggiunta la necessità di ridurre delle risorse che sostengono tale sviluppo. i conflitti tra paesi sviluppati e sotto-sviluppati. Notevoli sono state le critiche a tale visione della problematica. Un’ampia sintesi Sostenibilità debole e sulla discussione è stata fatta da Vanegas2; sostenibilità forte di seguito si riportano alcuni dei contributi La sostenibilità investe campi quali l’etica più significativi. ambientale, la giustizia, la bioetica: sareb- Daly3,4 nota che crescita e sviluppo non be opportuno superare i confini tra le disci- sono affatto sinonimi e che, abitando un pline, creando discipline traversali e nuovi pianeta finito con una sottile biosfera, cre- approcci. Inoltre, ogni discorso sulla soste- scita economica e aumento di popolazione nibilità non può prescindere dalla defini- sono inconciliabili. zione di spazio e tempo all’interno dei Pearce5 focalizza l’attenzione sulla sosteni- quali ci si vuole muovere: la sostenibilità a bilità delle risorse naturali di base, notando breve termine, infatti, è ben altra cosa della che qualità e input ambientali sono stati sostenibilità a lungo termine, così come la sotto-valutati nei processi di miglioramento sostenibilità di una città o di una piccola re- del profitto reale e della qualità della vita. gione non può essere trattata allo stesso Engel 6 utilizza il termine sviluppo al di là del modo della sostenibilità che riguarda suo significato strettamente economico, un’intera nazione o l’intero pianeta. bensì come sinonimo di evoluzione, crescita Solow11, osservando che la sostenibilità è e appagamento di tutti gli aspetti della vita, l’obbligo di operare in modo da lasciare ai proponendo un modello sociale basato sul- posteri la capacità di stare in condizioni fi- l’integrazione di conservazione e sviluppo, il nanziarie come quelle attuali, afferma che soddisfacimento dei bisogni umani, l’equità tutte le risorse come minerali, metalli ecc., e la giustizia sociale, l’autodeterminazione che gli uomini consumano e passano alle sociale e il rispetto delle diversità culturali, future generazioni, sono fruibili o intercam- la conservazione dell’integrità ecologica. biabili e le risorse sostitutive possono es- Goodland e Ledec7 enfatizzano l’economia sere sempre trovate. Inoltre le risorse pos- come motore di cambiamento, ossia un sono essere valutate in termini monetari; mezzo di sviluppo che ottimizza i benefici pertanto, la società deve usare le risorse economici e sociali disponibili nel presen- per soddisfare i bisogni immediati ma conte, senza disperdere le possibilità di simili servare fondi per il futuro, sotto forma di in- benefici nel futuro. vestimenti, in modo da poter sviluppate ri-

74 ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/04 STUDI & RICERCHE sorse sostitutive in caso di esaurimento Carpenter sottolinea il ruolo della tecnolo- delle precedenti. Solow non distingue, gia, che rappresenta molto più di un insie- quindi, tra capitale naturale e creato dal- me di strumenti per soddisfare le necessità l’uomo, né tra risorse rinnovabili e non, e umane a che vede il mondo come costituito assume che tutte le risorse sono rimpiaz- da una sorgente di materiale per processi zabili: è questa la sostenibilità debole. produttivi e da un bidone per contenere i ri- Nella sosteniblità forte, invece, le risorse fiuti generati dai processi produttivi. rinnovabili e non rinnovabili sono viste Commoner13 puntualizza che nell’ecosfera come complementari tra loro e si distingue ogni cosa è connessa alle altre in un ciclo il capitale umano da quello naturale e tra ri- di nascita, morte e rigenerazione; i cicli na- sorse rinnovabili e non12. Il capitale creato turali dell’ecosfera non contengono rifiuti; dall’uomo, ossia i sistemi di produzione in natura per ogni composto naturale orga- che trasformano materie prime in prodotti nico esiste un enzima capace di distrug- finiti, è stato il fattore limitante dell’iniziativa gerlo. Nella tecnosfera dell’era industriale, dell’uomo quando la natura era ritenuta un invece, vengono generate grandi quantità serbatoio infinito; oggi, al contrario, il capi- di rifiuti e inseriti nell’ecosfera che non ha tale naturale, ossia le risorse naturali rinno- sviluppato difese. Sta emergendo, però, vabili e non, che sono l’input dei sistemi di una tecnologia post-industriale che cerca produzione, sta fronteggiando delle limita- di definire norme che considerino la soste- zioni a causa delle azioni dell’uomo. La so- nibilità: esempi notevoli sono l’ecologia in- stenibilità forte richiede che l’utilizzo delle dustriale, la tecnologia rigenerativa e la risorse si basi su tre caratteristiche chiave: tecnologia sostenibile. 1. la gestione delle risorse deve seguire le L’ecologia industriale14 propone un’estesa seguenti politiche: la velocità di raccolta revisione della pratica manifatturiera per deve essere uguale alla velocità di rige- renderla attenta ad eliminare l’inquinamen- nerazione; l’emissione di rifiuti deve to, attraverso stili di produzione che utilizzi- eguagliare la capacità naturale di assimi- no i rifiuti come materia prima per la suc- lazione degli ecosistemi; le capacità di cessiva produzione: l’ecologia industriale rigenerazione e di assimilazione devono tenta così di imitare i processi naturali e la essere trattate come capitali naturali; l’in- loro natura ciclica. capacità a conservare queste capacità La tecnologia rigenerativa cerca di utilizza- deve essere trattata come un consumo di re, anziché imitare, i processi naturali e di capitale e pertanto insostenibile; adeguare i processi ecologici alle neces- 2. la gestione delle risorse non rinnovabili sità umane e contemporaneamente indiriz- si basa su due premesse: l’uso di risorse zare queste verso obiettivi sostenibili. non rinnovabili è insostenibile; un ap- Lyle15 fornisce norme di progetto per pro- proccio quasi sostenibile all’utilizzo di getti rigenerativi: lasciare che la natura fun- risorse non rinnovabili limita la loro ridu- zioni; considerare la natura sia come mo- zione alla velocità di creazione di sosti- dello che come contesto; aggregare anzi- tuti rinnovabili e lo sfruttamento delle ri- ché isolare; raccogliere e usare informazio- sorse non rinnovabili con investimenti in ni; cercare soluzioni comuni per problemi risorse rinnovabili; diversi; trattare l’immagazzinamento come 3. la forte sostenibilità promuove norme chiave per la sostenibilità. che enfatizzano tecnologie che incre- La tecnologia sostenibile è definita dal mentano la produttività delle risorse National Science and Technology Council16 piuttosto che le risorse in sé, favorendo come la tecnologia che promuove un movi- la progettazione di prodotti e processi mento della società verso la sostenibilità, si che facilitano il riciclaggio. sposa bene con gli obiettivi dello sviluppo

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sostenibile e fornisce soluzioni pratiche Roberts19 suggerisce uno schema concet- per ottenere lo sviluppo economico in ar- tuale per il ruolo degli ingegneri nel conte- monia con il rispetto dell’ambiente. Tali sto della sostenibilità, i quali devono assu- tecnologie contribuiscono allo sviluppo so- mersi la responsabilità di prendere deci- stenibile riducendo i rischi, migliorando sioni, fidando su nuove misure e analisi l’efficacia dei costi, aumentando l’efficienza economico-ambientali, su nuovi sistemi in- dei processi e creando processi, prodotti e tegrati e di sintesi, su processi e tecnologie servizi benefici per l’ambiente. Vanegas e sostenibili, su partnership multidisciplinari Pearce17 affermano che le tecnologie so- e sulla formazione. Questo schema costi- stenibili sono la soluzione che soddisfa i re- tuisce la base di una visione di sostenibilità quisiti e i vincoli dell’ingegneria tradiziona- come nuovo modello di crescita economi- le e che ha le seguenti caratteristiche: mini- ca in armonia con l’ambiente. Gli ingegneri mizza l’uso di energia non rinnovabile e di devono conoscere meglio il mondo in cui altre risorse naturali; minimizza la produ- viviamo e i problemi sociali, economici e zione e l’accumulo di rifiuti; minimizza l’im- ambientali che dovremo affrontare nel futu- patto negativo sugli ecosistemi, proteggen- ro; devono diventare i leader dell’ambiente doli e salvaguardandoli in un ragionevole e i decision maker, uscendo dal loro ambito stato di salute attraverso la conservazione esclusivamente tecnico. Essi devono impe- delle biodiversità e di un habitat adeguato; gnarsi più attivamente nelle discussioni e soddisfa i bisogni della popolazione tenen- nei processi politici, economici, tecnici e do conto delle preferenze e delle differen- sociali per aiutare la formazione di una ze culturali dell’umanità. nuova direzione per il mondo e il suo sviluppo, con l’obiettivo di integrare condizioni ambientali e sociali con le economie di Sostenibilità e ingegneria mercato. La sostenibilità è una grande sfida per le Nel pianificare l’economia sostenibile gli istituzioni a tutti i livelli, globale e locale. ingegneri devono guardare un sistema Esse devono creare nuovi approcci per la come un organismo unico, anziché alle sue produzione e l’uso di risorse naturali e a tal singole parti. Essi devono lavorare per fine devono inventare nuove vie di mercato, adattare le tecnologie esistenti e creare produzione, trasporto e stoccaggio, che ri- nuove tecnologie, che facilitino la pratica chiedono a loro volta nuovi servizi e nuove dell’ingegneria sostenibile e soddisfino i infrastrutture; il tutto è complicato dalle no- bisogni della società, devono ridefinire le tevoli differenze politiche, sociali, economi- opzioni delle tecnologie esistenti per miche, tecnologiche e culturali tra i vari paesi gliorare l’uso delle risorse e minimizzare la del mondo. produzione dei rifiuti. Le risorse rinnovabili Nei Principles of Sustainability in Higher Edu- devono sostituire quelle non rinnovabili cation 18 sono stabiliti i requisiti specifici per mentre i processi, i prodotti e le tecnologie ottenere la sostenibilità: (1) trovare nuove a basso impatto devono sostituire quelli ad vie di mercato; (2) produrre di più con alto impatto. meno risorse e meno rifiuti; (3) sviluppare Gli ingegneri devono essere consapevoli nuovi processi di produzione, usando mate- dei problemi ambientali, dei rischi e degli riali riciclabili e sviluppando componenti ri- impatti potenziali di ciò che progettano. A ciclabili; (4) prevenire l’inquinamento; (5) tal fine ai futuri ingegneri deve essere in- considerare il ciclo vitale come conseguen- culcata l’attenzione etica per lo sviluppo za della produzione; (6) sviluppare approcci sostenibile e il rispetto delle caratteristiche che imitano i processi naturali; (7) cercare e delle differenze culturali tra i popoli. Gli nuovi livelli di efficienza delle risorse. allievi ingegneri devono acquisire gli stru-

76 ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/04 STUDI & RICERCHE menti analitici necessari per valutare i ri- fica internazionale concorda sul fatto che schi e gli impatti e per risolvere problemi l’approccio del mondo delle costruzioni tecnici con le loro implicazioni economi- verso la progettazione e il funzionamento che, socio-politiche e ambientali. dei sistemi di infrastrutture va cambiato. Per rispondere adeguatamente a queste A livello di industria delle costruzioni, sfide, i futuri ingegneri hanno bisogni di Vanegas propone il passaggio da un mo- corsi di formazione che li incoraggino a dello lineare insostenibile a un modello di porre attenzione agli impatti delle azioni sistema sostenibile. umane sulla natura e di informazioni su re- L’approccio lineare inizia con l’estrazione e lazioni e bilanci di molti fattori (sociali, am- l’uso di risorse rinnovabili e non, quali l’a- bientali, economici) che mutano costante- ria, l’acqua, il suolo, i minerali o risorse bio- mente. Essi, futuri decision maker, devono logiche e la produzione e l’uso di energia. imparare ad essere più flessibili e disposti Quindi risorse primarie e energia sono a modificare i loro approcci secondo i usate come input per processi successivi cambiamenti dell’ambiente, dei bisogni e di produzione, che terminano nella com- desideri umani e del progresso tecnologi- mercializzazione e nella fornitura di tecno- co. Infatti, azioni utili alla sostenibilità oggi, logia, sistemi, prodotti e materiali che ven- potrebbero non esserlo domani, in un con- gono poi trasportati e usati dall’industria testo modificato. Inoltre, bisogna anche delle costruzioni per costruire sistemi di mantenere un equilibrio dinamico tra una infrastrutture che saranno operativi fino alla popolazione crescente e la sua domanda, decisione di riabilitarli, adeguarli o dismet- tener conto del cambiamento delle possi- terli. Tale processo è lineare in quanto dal- bilità dell’ambiente fisico di assorbire i ri- l’estrazione iniziale delle risorse fino alla fiuti prodotti dalle attività dell’uomo, del produzione di energia, tutti gli input e gli cambiamento delle possibilità aperte da output muovono in una direzione: verso la nuove conoscenze e variazioni tecnologi- fine della vita utile del sistema di infrastrut- che e i valori, aspirazioni e istituzioni del ture. Essi attraversano il sistema una sola comportamento dell’uomo; perciò la visio- volta ad ogni passo, usando energia, rosic- ne di un mondo sostenibile deve cambiare chiando e degradando le risorse di base, naturalmente in risposta alle variazioni di generando e accumulando rifiuti e impat- qualsivoglia parte di esso. Le decisioni, in- tando negativamente l’ambiente. fine, devono basarsi su analisi multidiscipli- Questo approccio lineare non prevede la nari, che investono la tecnologia, l’ecolo- sistemazione del materiale di rifiuto o in- gia, l’economia e analisi socio-culturali. Gli terventi correttivi di impatto ambientale. La studenti oggi devono non soltanto capire crescente richiesta di sistemi di infrastrut- come funzionano i sistemi tecnologici, ma ture e, quindi, di estrazione di risorse natu- anche come il mondo biofisico funziona e rali nonché di capacità produttive da un impatta le attività umane e come queste in- lato e la crescente offerta di tecnologia, fluenzano il funzionamento del mondo. prodotti e materiali dall’altro, accelerano il processo di degrado. Infine, le considerazioni in questo processo lineare tengono Il ruolo dell’ingegneria civile conto soltanto degli obiettivi degli operato- Per tutto quanto detto si comprende che gli ri dei sistemi infrastrutturali (proprietari, ingegneri civili devono compiere azioni progettisti e costruttori), dei problemi rela- per affrontare la sostenibilità ai tutti i livelli: tivi al solo ciclo vitale del sistema e dei pro- globale (industria delle costruzioni), di blemi del sito. Le problematiche associate progetto (sistemi infrastrutturali) e di siste- all’estrazione di risorse e alla produzione mi strutturali specifici. La comunità scienti- di energia, al dopo fine vita del sistema e

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quelle associate con prospettive regionali, strazione di risorse naturali dalla biosfera nazionali e globali vengono raramente af- in modo che l’offerta superi sempre la frontate esplicitamente e sistematicamente. domanda, e attraverso il monitoraggio e il Il nuovo modello parte da questo processo controllo dell’estrazione di risorse non lineare e procede verso la creazione di un rinnovabili dalla litosfera per prevenire il sistema che muove gradualmente verso la loro totale esaurimento. sostenibilità, incorporando meccanismi ag- Questi quattro elementi da un lato inseri- giuntivi che: scono nell’uso di sistemi di infrastrutture la • riconciliano la costruzione, il funziona- dimensione umana e dall’altro tengono mento, la manutenzione e la decisione di conto di considerazioni temporali e spazia- fine servizio di un sistema di infrastruttu- li che superano l’approccio tradizionale li- re con il soddisfacimento dei bisogni del- mitato alla sola analisi del contesto fisico e l’uomo e delle sue aspirazioni; non fisico di un sito, valutando le problema- • incorporano, all’interno di ogni elemento tiche regionali, nazionali e globali. del sistema, tecnologie e strategie soste- L’aggiunta di questi quattro elementi glo- nibili che promuovono lo sviluppo e con- bali al modello insostenibile a livello di in- sentono l’uso di alternative alle attuali ri- dustria delle costruzioni non è ancora suffi- sorse e sorgenti di energia, prevengono ciente per ottenere la sostenibilità anche a o mitigano l’impatto ambientale prima livello di progetto di uno specifico sistema Figura 1 che si verifichino danni all’ambiente, con di infrastrutture. Innanzitutto studiosi di so- La “tenda” dello sta- dio olimpico di Mo- tecnologie di monitoraggio, valutazione e stenibilità, operatori dell’industria delle co- naco, leggera ed ele- controllo e correggono eventuali danni struzioni e azionisti devono definire obietti- gante, rappresenta una tappa fondamen- già fatti all’ambiente; vi, principi e concetti di sostenibilità gene- tale nella storia del- rale nonché strategie e norme specifiche l’ingegneria civile da applicare nel fornire tecnologie, sistemi, prodotti e materiali da utilizzare nella costruzione, nel funzionamento e nella manutenzione del sistema. Inoltre, deve essere sviluppato, implemen- tato e applicato un modello tradizionale per ottenere la sostenibilità debole, che forni- sca una capacità per le future generazioni di soddisfare i propri bisogni di sistemi di infrastrutture, soddisfacendo i bisogni immediati di questa generazione. Questo approccio promuove la flessibilità nelle soluzioni di progetto di sistemi di infrastrutture, che lasciano aperte le opzioni per sostituire • promuovono l’uso di risorse e prodotti materiali e fonti di energie alternative quan- selezionati, attraverso il riutilizzo diretto do saranno individuati nuovi “serbatoi”. di componenti riutilizzabili, l’uso di ele- Infine, deve essere sviluppato, implemen- menti riproducibili o riutilizzabili, il ripro- tato e applicato un modello a lungo termi- cessamento di materiali riciclabili; ne per ottenere la sostenibilità forte, che • promuovono la gestione attiva di risorse prescriva che le emissioni di rifiuti del si- naturali durante il processamento e la stema di infrastrutture non ecceda le capa- formazione di prodotti e sistemi, la pro- cità assimilative dell’ecosistema naturale o duzione e l’uso di energia, l’estrazione e elimini totalmente i rifiuti, adotti un modello l’uso di risorse primarie attraverso l’e- economico che differenzi tra materiali da

78 ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/04 STUDI & RICERCHE costruzione composti di risorse rinnovabili avanzata tecnologia, cui viene richiesto e non, e rifletta i costi reali non solo per che gli elementi strutturali dell’impianto oggi ma per il futuro, promuova i principi di debbano poter essere facilmente disas- conservazione dell’ambiente nei progetti semblati, adeguati e riassemblati, devono specifici e rifletta l’etica della sostenibilità. sviluppare una soluzione progettuale fles- A livello di progetto di sistemi di infrastrut- sibile che rifletta questo requisito; se ad ture, Vanegas propone il cambiamento di essi non viene affidato tale compito, allora il due modelli nell’industria delle costruzioni risultato sarà un impianto convenzionale a livello di progetto di un sistema di infra- per una lunga vita con poca flessibilità. strutture. Il primo è la relazione tra i fornito- Mentre il progetto evolve nelle sue fasi di ri di tecnologie di costruzione, sistemi, pro- ideazione, schematizzazione e disegno, dotti e materiali per sistemi di infrastrutture, deve esserci anche un controllo su para- e i progettisti e i costruttori, che interagisco- metri fondamentali quali funzionalità, ri- no soprattutto nella fase di commercializza- schio, costo, tempi, sicurezza e affidabilità. zione; l’altro è l’enfasi su costi, tempo e qua- Strategie specifiche, meccanismi e stru- lità come principali parametri per valutare menti per supportare la sostenibilità devo- la performance di un progetto di un sistema no essere applicati nelle fasi di pianifica- di infrastrutture. Egli ipotizza un sistema che zione, progettazione e costruzione del si- vede i processi del ciclo vitale di produzio- stema strutturale. A tal fine devono essere ne, operatività, e manutenzione di un siste- sviluppati strumenti migliori per l’analisi ma di infrastrutture come un sistema inte- costi-benefici e le previsioni finanziarie e grato, nel quale i processi per lo sviluppo e anche nuovi schemi di valutazione econo- la fornitura di tecnologie, sistemi, prodotti e miche che diano un valore alle riserve di materiali, e i processi per la produzione, risorse naturali e agli habitat ecologici. operatività e manutenzione dei sistemi di infrastrutture convergono in modo che gli stessi problemi, bisogni e opportunità sug- Alcuni problemi specifici geriscano le soluzioni ottimali. Ad esempio, La sostenibilità è soprattutto un modo di la necessità di minimizzare la quantità di pensare e va osservato con piacere che calcestruzzo sprecata durante la costruzio- temi quali le materie prime, i rifiuti, l’ener- ne di una certa tipologia strutturale può gia e l’impatto ambientale sono oramai og- portare allo sviluppo di un nuovo elemento getto di grande attenzione. Ma quali sono i di calcestruzzo, di nuove casseforme e di problemi pratici che l’ingegnere deve af- nuovi metodi di costruzione. Scienziati, in- frontare quotidianamente per “non accen- gegneri, architetti, costruttori e produttori dere sull’ambiente ipoteche che i nostri di calcestruzzo possono giungere a svilup- figli non possano estinguere”? pare insieme una nuova alternativa. Il passo finale riguarda il cambiamento del Progetto e manutenzione: modo in cui i progetti di sistemi strutturali il problema dei ponti sono sviluppati, ossia le fasi di pianificazio- Il perseguimento di uno sviluppo sosteni- ne e progetto, che devono basarsi su dati e bile, che richiede il soddisfacimento con- informazioni per la caratterizzazione del temporaneo di tutti gli obiettivi, quali la progetto, e contenere la chiara definizione conservazione di un livello elevato e stabi- degli obiettivi e l’identificazione delle pro- le di crescita economica e sviluppo, un blematiche. Perseguire la sostenibilità deve progresso sociale che riconosca i bisogni essere un obiettivo esplicito del progetto: di tutti, la protezione dell’ambiente, l’uso ingegneri incaricati di progettare un im- prudente delle risorse, implica un’attività pianto di produzione di un prodotto di ad ampio spettro.

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Nel campo della costruzione dei ponti l’at- flessibilità e anche che le strutture metalli- tività spazia dalla politica di trasporto adot- che sono più facili da riciclare. tata, che determina le infrastrutture neces- I progettisti devono mettere i committenti in sarie, alla scelta delle tipologie che si spo- condizioni di scegliere, dimostrando l’effi- sino bene con l’ambiente naturale e l’am- cace di certe opzioni in termini di sosteni- biente costruito, fino alla scelta dei dettagli, bilità, così come fanno per gli aspetti eco- come le specifiche di pitturazione dei ponti nomici e di sicurezza. In tale ottica, consi- in acciaio che riduce i composti organici derazioni circa l’uso prudente delle risorse volatili. Il tutto senza perdere di vista né gli naturali devono influenzare la scelta della obiettivi né le priorità, curando sia gli struttura. Nel futuro soltanto quegli elemen- aspetti legati all’economia che quelli della ti che non possono essere facilmente sosti- sicurezza, in modo che le scelte non rap- tuiti, come fondazioni e sottostrutture, de- presentino per le future generazioni un’e- vono essere progettati per una vita utile redità costosa e gravosa. lunga (pari ad almeno 100 anni). Com’è noto la costruzione dei ponti è Ovviamente, tali considerazioni non si ap- un’arte antica, ma la definizione di stan- plicano a strutture particolare, come i ponti dard di progetto è relativamente recente. di grande luce, per i quali esistono mag- Le innovazioni tecnologiche, la disponibi- giori certezze sulla loro funzionalità. lità di nuovi materiali hanno determinato I ponti sono una parte significativa dell’am- continue modifiche delle prescrizioni nor- biente costruito; tutte le attività correlate mative e spingono ora ad un radicale cam- alla costruzione, dal progetto alla manuten- biamento. Le norme dovranno incorporare zione, dalla demolizione al deposito, pos- nel futuro anche i requisiti di sostenibilità, sono avere effetti profondi sulla sostenibi- anziché limitarsi agli aspetti di sicurezza. lità. La loro gestione presenta diverse sfac- La sostenibilità rappresenta una forte sfida cettature: per la costruzione dei ponti, tradizional- • i materiali usati sia nella costruzione che mente strutture a lunga vita. I progetti de- nei lavori di manutenzione devono esse- vono riflettere e ottimizzare il costo dell’in- re scelti in modo da minimizzare il con- tera vita, prevedendo, per quanto possibi- sumo delle risorse naturali e massimizza- le, i costi di manutenzione sulla base delle re l’utilizzo di materiali di rifiuto, minimiz- conoscenze e della tecnologia attuali. zare l’emissione di gas nocivi, restituire Inoltre, non va trascurato che molti ponti di- alla natura i materiali dopo la demolizio- ventano funzionalmente superflui prima ne, senza effetti dannosi sull’ambiente; della fine della loro vita utile. • i ponti e i loro componenti devono essere Le decisioni progettuali e le valutazioni progettati in modo da consentire flessibi- economiche devono tener conto che un lità per le future generazioni, in modo ponte è composto di diversi elementi (l’im- che possano modificarli per finalità di- palcato, le sottostrutture, le fondazioni) e verse, anche perché i metodi di trasporto diverse componenti (giunti, appoggi, para- saranno diversi tra alcuni decenni; petti, elementi protettivi), ciascuno dei • la manutenzione preventiva deve essere quali ha una durata attesa diversa e può es- effettuata adeguatamente. sere riparato o sostituito con diverso grado Per mettere in pratica queste idee è essen- di difficoltà. Bisogna anche tener conto dei ziale un adeguato sistema di gestione dei casi in cui le diverse tipologie possano es- ponti, che deve memorizzare tutte le infor- sere modificate, sostituite o rimosse: ad mazioni relative ai materiali, alle attività di esempio, va tenuto presente che le sovra- manutenzione effettuate, alla sostituzione di strutture metalliche, piuttosto che in calce- particolari originari. Un sistema di gestione struzzo, offrono l’opportunità di grande dei ponti deve anche informare periodica-

80 ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/04 STUDI & RICERCHE mente se gli obiettivi della politica sono di calcestruzzo, sostituzione di elementi raggiunti, attraverso indicatori di compor- strutturali e rinforzo. tamento che devono essere sviluppati e re- Nella situazione ideale tutti e tre i tipi di gistrati ad intervalli regolari. Il sistema manutenzione richiederebbero una spesa deve contenere le informazioni chiave che annuale costante nel tempo. Se i fondi ne- forniscono una visione del comportamento cessari annualmente non sono disponibili, della rete di strutture in ogni istante e rap- e quindi non viene effettuata la manuten- presenta il punto di partenza per le strate- zione necessaria, allora cominciano ad au- gie di manutenzione sostenibile dei mentare le spese per i lavori essenziali, in- 20,21 ponti . dispensabili per conservare operativa la Come già detto le norme si preoccupano struttura. La situazione può peggiorare fino di garantire la sicurezza delle strutture nel- a dover prendere dei provvedimenti re- l’arco di vita prevedibile e forniscono crite- strittivi, quali limitazioni di peso, puntella- ri ben definiti per calcolare i fattori di sicu- menti provvisori o addirittura chiusura al rezza, che possono essere utilizzati come traffico: tale situazione è ovviamente da misure di comportamento durante la vita evitare. delle strutture. Gli aspetti ambientali, di so- Va anche osservato che c’è bisogno di stenibilità e socio-economici sono, invece, nuovi metodi per stabilire il valore del da- ignorati dalle attuali norme. naro, poiché sviluppo sostenibile significa Nel futuro sarà sempre più necessario de- spendere oggi per evitare costi esagerati terminare il comportamento delle strutture domani. Un importante strumento per valu- rispetto a tutti questi fattori. Nello sviluppo tare il costo delle spese di manutenzione è di strategie di gestione dei ponti è neces- il valore dello stato delle strutture. La scelta sario esaminare i requisiti primari e consi- dei lavori di riparazione o miglioramento derare gli indicatori di comportamento, da effettuare deve essere fatta in modo da utili non soltanto per relazionare periodica- massimizzare il valore dello stato della mente sullo stato delle strutture della rete struttura e un giudizio sulle attività di ma- stradale, ma anche per esaminare se la nutenzione può basarsi sul miglioramento manutenzione è effettuata o meno. Questi del valore dello stato, a seguito dei lavori indicatori devono essere significativi, misu- effettuati. Il valore dello stato di una struttu- rabili e non ambigui. ra è calcolato come il costo di sostituzione Un aspetto importante sono i lavori di ma- della struttura, corretto con il suo deprez- nutenzione, per i quali si distinguono tre zamento calcolato ipotizzando una riduzio- categorie: ne lineare del valore di sostituzione a parti- • manutenzione ordinaria: lavori di routine re dal momento della costruzione o dell’ul- fatti su base regolare, come la pulitura di tima sostituzione, fino alla successiva sosti- dreni e appoggi, ispezioni di routine; tuzione. Ogni lavoro di manutenzione è in- teso volto a posticipare la data della suc- • manutenzione preventiva: riparazione di cessiva sostituzione e ciò riduce il deprez- difetti, sostituzione di componenti o altro zamento annuale. Per una manutenzione che mostri deterioramento e può miglio- sostenibile vanno incoraggiate le attività rare la resistenza della struttura, come che servono a tale scopo. Ovviamente la pitturazione di parti metalliche, sostitu- data di sostituzione della struttura stessa (o zione di giunti di espansione, protezione la rimanente durata della vita) è valutata catodica; dalla durata della sua vita e dei suoi com- • manutenzione essenziale: lavori di riabili- ponenti. Un significativo indicatore di tazione quando la struttura è struttural- performance è il rapporto tra il migliora- mente inadeguata, come consolidamento mento nel deprezzamento a seguito dei la-

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vori di manutenzione e le spese di manu- oltre ad un aumento dei carichi verticali, in- tenzione22. tervengono problemi statici diversi, connessi agli effetti delle azioni orizzontali e Grandi strutture e impatto dei relativi spostamenti e, quindi, al perico- ambientale lo d’instabilità globale della struttura, la Il requisito di realizzare opere che si inseri- quale deve possedere un’adeguata rigi- scano bene nel contesto ambientale si ag- dezza. Altezze maggiori possono essere giunge alle esigenze, ben note allo struttu- raggiunte con l’inserimento di mensole rista, di realizzare strutture dotate di sem- verticali, in genere in calcestruzzo, mentre i pre maggiore funzionalità col minimo im- cosiddetti “grattacieli” possono realizzarsi piego di materiali e con modalità costrutti- soltanto modificando radicalmente la con- ve economiche. Tali esigenze sono eviden- cezione della struttura e realizzando quello ti soprattutto nelle grandi strutture23, quali che viene usualmente chiamato framed edifici alti e ponti di grande luce. tube: la struttura principale dell’edificio è Il desiderio di “scalare il cielo” ha sempre costituita dalle pareti perimetrali, formate caratterizzato il cammino dell’uomo, rap- da pilastri molto ravvicinati e travi molto presentando uno dei più interessanti indici alte, che lasciano soltanto lo spazio neces- di progresso e di benessere economico. sario per le finestre. Spesso a questa ossa- Varie sono state le forme: obelisco, pirami- tura esterna se ne aggiungono altre inter- de, statua, torre, edificio, e varie le funzioni: ne, in corrispondenza dei vani per gli monumento alla vittoria, sepolcro, edificio ascensori, delle scale o dei servizi. Solai di culto, torre per antenne. Oggi, ciò che sufficientemente rigidi garantiscono un ef- spinge a progettare edifici alti è l’elevato ficace collegamento tra le varie parti del- costo del suolo e la necessità di non di- l’insieme strutturale. struggere ampie aree di verde e ciò che lo Attualmente l’edifico più alto al mondo è rende possibile sono la disponibilità di quello delle Petronas Twin Towers di Kuala nuovi materiali strutturali e non strutturali e Lumpur (452 m), completate nel 1998, che i progressi della tecnologia. Le antiche hanno spodestato la Sears Tower di Chicago strutture alte, come le piramidi, avevano (442 m), costruita nel 1974. La ricerca si muri di spessori di alcuni metri che occu- spinge, però, verso qualcosa di più: la rea- pavano gran parte dello spazio interno. Gli lizzazione di “città in verticale”. Al riguardo edifici in acciaio e in cemento armato, inve- negli ultimi decenni sono stati proposti a ce, hanno una struttura a telaio, costituita da Tokyo diversi progetti che rappresentano, travi e pilastri, poco ingombrante rispetto a per adesso, soltanto dei sogni nel cassetto: quella degli edifici in muratura e che lascia – la Holonic Tower, di 600 m con 120 piani, molto più spazio per le aperture sulle fac- in cui i vuoti sono stati efficacemente stu- ciate e negli interni. Con siffatte strutture si diati per consentire ad aria e luce di pe- possono realizzare edifici fino ad una deci- netrare all’interno della torre rendendo na di piani. Al crescere del numero di piani, l’ambiente piacevole;

Figura 2 Il Golden Gate Bridge si inserisce molto bene all’ingresso della baia di San Francisco

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– la Millennium Tower, alta 840 m con 180 piani, che può contenere una comunità di 60.000 persone, che produce l’energia necessaria e processa i rifiuti prodotti. È una città in verticale autosufficiente dotata anche di un efficiente sistema di trasporti; ai piani inferiori sono previsti gli uffici e fabbriche “pulite”, ai piani inter- medi gli alloggi e in sommità i sistemi di comunicazione e impianti eolici e solari. La struttura ha forma di cono con una gabbia esterna elicoidale, che le consente di resistere alle azioni di uragani e terremoti; Figura 3 – la Sky City 1000, proposta nel 1989, alta Il Kurushima Bridge 1000 m. Si tratta di una città soprelevata New York (1932), primo ponte a superare il (durante la costruzio- con 14 dischi sovrapposti, detti “piani chilometro, ai 1280 m del Golden Gate ne) fa parte delle me- raviglie dell’ingegne- spaziali”, che contiene tutto: residenze, Bridge a S. Francisco (1937), ai 1298 m del ria che collegano le uffici, locali commerciali, scuole, teatri, Verrazzano Bridge (1964), che collega isole di Honshu e Shi- ecc. Vi possono risiedere 35.000 perso- Brooklyn a Staten Iland, ai 1410 m del- koku in Giappone ne, 100.000 vi lavorano; l’Humber Bridge nell’Humbershire (1981), – The Spiral, alto 1000 m, su 200 piani; è ai 1624 m del Great Belt Link East Bridge in uno dei megaprogetti proposti per supe- Danimarca (1996), ed infine ai 1991 m rare la congestione della città; il 90% dei dell’Akashi Kaikyo Bridge a Kobe (1998). rifiuti al suo interno viene riciclato, dimo- Molto utilizzati, anche per le loro caratteri- strando di essere ecologicamente soste- stiche estetiche, sono i ponti strallati, nei nibile a lungo andare. quali l’impalcato è sostenuto mediante cavi E, infine, delle vere e proprie scale per il inclinati, gli stralli, ancorati all’altra estre- cielo: l’Aeropolis 2001, alto 2001 m; il Try- mità ad un pilone. A favore del ponte stral- 2004, alto 2004 m, l’X-Seed 4000, alto 4000 lato sono la maggiore economia di mate- m con 800 piani. riale, il minor costo di montaggio e soprat- Altro sogno dell’uomo è quello di superare tutto la minore deformabilità. Per i ponti luci sempre maggiori. Inizialmente gli studi strallati possono individuarsi due schemi li- si sono rivolti alla ricerca di forme più ido- mite: quello di ponte a travata irrigidente, nee e in tal senso incrementi sensibili delle caratterizzato da un numero di stralli limita- luci si sono avuti con l’introduzione dell’ar- to e da una travata dotata di un’elevata rigi- co ribassato, di origine cinese, più idoneo dezza flessionale, e quello di schema a rispetto agli archi romani a tutto sesto. comportamento reticolare, nel quale alla Ancora oggi il primato della luce maggio- trave è affidato solo il compito di trasferire re, per quel che riguarda i ponti ad arco in ai due stralli adiacenti il carico agente su di muratura, spetta alla Cina, dove tale tipolo- essa. Al primo schema si è ispirato l’italia- gia non è stata affatto abbandonata. no Riccardo Morandi realizzando opere L’utilizzo di nuovi materiali successivamen- prestigiose, come il Ponte Maracaibo e il te ha giocato un ruolo fondamentale e la Ponte sul Wadi Kuf. L’adozione di un elevato corsa verso le grandi luci ha avuto una numero di stralli semplifica notevolmente i svolta con l’introduzione dei ponti sospesi particolari costruttivi relativi agli ancoraggi metallici: dai 486 m del Brooklyn Bridge, alla travata e riduce i problemi di montag- aperto al traffico nel 1883, si è passati ai gio, consentendo la realizzazione di ponti 1067 m del George Washington Bridge a strallati di luci ben maggiori: negli ultimi

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anni sono stati costruiti il Yang Pu Bridge in struzzi ad alta resistenza, caratterizzati da Shanghai (602 m), il Pont de Normandie in elevata resistenza e basso peso specifico, Francia (856 m) e il Tatara Bridge in sembrano promettere bene per il futuro ma Giappone (890 m). In relazione alla dispo- al momento risultano eccessivamente co- sizione degli stralli abbiamo due possibi- stosi. Va infine sottolineato come i ponti di lità. Una è quella di schema a ventaglio, con grande luce, con la loro relativa leggerez- gli stralli convergenti in sommità al pilone. za, si inseriscano bene nell’ambiente e ri- L’ultimo strallo, detto di ormeggio, può es- chiedano pochi punti di contatto al suolo, sere ancorato alla travata o al suolo. Nel anche se in tali zone possono recare note- primo caso gli sforzi si chiudono nella voli disturbi, sia provvisori che per- struttura e il ponte si dice autoancorato: manenti24. l’ultimo strallo non trasmette alcuna azione orizzontale in fondazione, ma comprime Materiali da costruzione: fortemente la travata. Nel secondo caso si il conglomerato cementizio armato parla di ancoraggio esterno. L’altro tipo di Il calcestruzzo, attualmente il più importan- disposizione degli stralli è quello ad arpa, te materiale da costruzione nel mondo, è con stralli paralleli. Un esempio molto sug- un materiale amico della natura: circa il gestivo e innovativo rispetto agli schemi 90% del calcestruzzo proviene da risorse tradizionali, è l’Adamillo Bridge a Siviglia, naturali normalmente disponibili in grande una vera e propria arpa con trave di 200 m quantità, è un materiale durevole e in caso di luce e pilone inclinato verso l’esterno, in di demolizione può essere riciclato per modo da equilibrare, col suo peso, gli sfor- produrre del nuovo calcestruzzo. La soste- zi trasmessigli dagli stralli. nibilità del calcestruzzo può essere ulte- L’incremento di dimensioni dei mezzi na- riormente migliorata minimizzando l’uso di tanti e del volume del traffico marino e, risorse, ossia utilizzando materiali costi- quindi, dello spazio libero richiesto per la tuenti che consentano un migliore rispetto navigazione, determinerà la necessità di dell’ambiente senza compromettere la du- realizzare ponti di luce sempre maggiore. rata e ottimizzando il progetto strutturale A favore di un incremento delle luci sono con riferimento sia alla capacità portante anche il minor costo di strutture a sviluppo che alla durata della vita utile. orizzontale anche notevole rispetto a quel- I principi essenziali della tecnologia del lo di fondazioni profonde in acqua e i costi calcestruzzo per lo sviluppo sostenibile connessi al rischio di collisione di natanti sono25: contro i piloni dei ponti. – la conservazione dei materiali compo- Al crescere della luce la struttura diviene nenti, che comprende anche la limitazio- sempre più pesante e una larga percentua- ne dell’uso delle risorse, quali energia e le della sua capacità portante è utilizzata acqua e la limitazione dei rifiuti, per sostenere sé stessa. La luce limite, – l’aumento della durata delle strutture in ossia quella per la quale il ponte è in grado calcestruzzo, di sopportare solo se stesso ma non carichi – lo sviluppo della ricerca sulla tecnologia utili, dipende dallo schema strutturale ed è del calcestruzzo e la formazione di tec- direttamente proporzionale alla tensione nici. ammissibile del materiale utilizzato e in- Gli obiettivi dell’industria delle costruzioni versamente proporzionale al suo peso spe- devono essere quelli di sviluppare progetti cifico. Si comprende bene come il futuro strutturali environment-friendly per i calce- dei ponti di grandissima luce sia affidato al- struzzi tradizionali e contemporaneamente l’impiego di materiali più resistenti e più sviluppare tipi di cemento e calcestruzzo leggeri di quelli attuali. I materiali compo- più environment-friendly, ossia con meno siti, fibra di carbonio, leghe leggere, calce- cemento e materiali di rifiuto, e progetti

84 ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/04 STUDI & RICERCHE strutturali e metodi per la manutenzione e moderna e offre la possibilità di migliorare la riparazione di questi materiali. l’ambiente urbano, mitigando la pressione Più in dettaglio, vanno considerati come in superficie, sviluppando meglio le reti di obiettivi primari per l’industria del calce- trasporto, riducendo il rumore e miglioran- struzzo la riduzione dell’emissione di CO2, do la qualità dell’aria, lasciando più verde l’incremento dell’utilizzo di prodotti di rifiu- nei centri delle città e riducendo le distan- to, la riduzione dell’uso di combustibile ze attraverso una migliore concentrazione non rinnovabile, il non uso di costituenti delle funzioni. Tutti questi aspetti sono ca- non desiderabili, una qualità dei rifiuti che ratteristiche fondamentali di una città so- consenta il riuso di almeno il 95% di essi, stenibile. Non va sottovalutato, però, l’alto una qualità dell’acqua di rifiuto che ne con- costo di costruzione delle strutture under- senta il riuso nella produzione del calce- ground e la necessità che siano sufficiente- struzzo, la riduzione di emissione di ingre- mente flessibili per l’attuale società sem- dienti inquinanti nell’acqua di rifiuto, la ri- pre in evoluzione e per poter soddisfare i duzione di rumore e emissione di polveri. bisogni delle generazioni future. Altri parametri fondamentali sono la quan- Le città, ossia gli ambienti costruiti, sono tità di materiale, definita sulla base del cal- viste come la maggiore causa di insosteni- colo strutturale, che determina il carico bilità. Infatti le città si sono espanse note- ambientale correlato al progetto e alla fase volmente con l’aumento della popolazione di esercizio e manutenzione, la cui valuta- e nel passato non si è capita la relazione tra zione deve includere considerazioni sulla ambiente costruito e qualità dell’ambiente esecuzione, getto, compattazione e cura. in generale, che invece ora è diventata evi- In definitiva lo scopo dell’industria delle dente. Più in dettaglio, i cambiamenti del costruzioni deve essere quello di sviluppa- nostro stile di vita, lo sviluppo tecnologico re progetti strutturali che minimizzino gli e l’ambiente interagiscono e si influenzano effetti ambientali dovuti alla costruzione di reciprocamente. A causa dell’aumento strutture in calcestruzzo e ottimizzino e in- della popolazione e della migrazione verso crementino l’uso di calcestruzzi environ- le città, queste crescono a dismisura. ment-friendly e ciò può essere perseguito Questa espansione fa aumentare la dipen- minimizzando la quantità di materiale me- denza dal trasporto privato; ciò è stato reso diante l’utilizzo di calcestruzzi ad alta resi- possibile anche dallo sviluppo dell’indu- stenza, massimizzando la vita utile delle stria dell’automobile che ha reso le auto strutture, incrementando l’uso di elementi sempre più economiche. L’aumento di strutturali prefabbricati, migliorando la pro- auto, a sua volta, ha richiesto la costruzione tezione del calcestruzzo in ambiente ag- di nuove strade e ha determinato il peggio- gressivo, ad esempio quello marino26. ramento della qualità dell’aria e del livello di rumore e, quindi, del livello di vita. Le strutture underground Inoltre, il concetto che gli edifici vadano In tutto il mondo possono essere trovati concepiti per una sola funzione e per du- molti esempi di rifugi sotto terra. L’uso rare a lungo non trova riscontro nelle ne- dello spazio underground era dettato dalla cessità attuali di cambiamento. La demoli- necessità di conservare beni o di fronteg- zione delle strutture, una volta verificata giare condizioni climatiche estreme, come l’impossibilità dell’adeguamento funziona- il freddo di un gelido inverno o l’eccessivo le, incrementa la produzione di rifiuti caldo estivo, o anche piogge eccessive e anche a causa delle scarse possibilità di vento forte, e dalla necessità di difendersi riciclare e riutilizzare parti o elementi da attacchi bellici. Oggi questi spazi hanno della costruzione. altre funzioni. Infatti, il sottosuolo è diventa- Le infrastrutture sono la causa della perdita to parte integrante del territorio di una città da parte delle città della loro vivibilità. Le

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principali infrastrutture da traffico, una volta ground possono essere migliorati. Si parla progettate ai margini delle città, ne sono in tal senso di sostenibilità psicologica state ora inghiottite, diventando una barrie- dagli spazi underground. ra al continuo sviluppo della città stessa Ovviamente, la costruzione deve essere con tutti gli effetti collaterali: inquinamento anche sostenibile, deve cioè permettere e rumore, barriere fisiche e psicologiche. maggiore flessibilità per lunghi periodi di L’interazione tra traffico pedonale e veico- tempo e il suo contenuto deve essere rici- lare riduce la mobilità ed è, perciò, irritante clabile e riutilizzabile. Anche se la vita di per i guidatori ma è anche noioso per i pe- alcuni componenti dell’edificio è breve, ciò doni che vedono limitata la loro area, inva- non significa che essi siano meno sosteni- sa dal rumore e dall’inquinamento. Una bili. Attraverso il riutilizzo e il riciclaggio priorità per le città è, dunque, quella di ri- essi possono dimostrarsi molto più sosteni- solvere i problemi delle infrastrutture e bili di componenti con vita più lunga, che della mobilità e al tempo stesso creare un però non possono essere riutilizzati o rici- ambiente più piacevole per i pedoni. clati. Se il contenuto è separabile dalla In generale, nelle città deve essere favorito struttura c’è maggiore flessibilità con la il trasporto pubblico. Nelle città maggiori possibilità di utilizzare l’edificio per funzio- esiste già un rete di trasporto ferroviario ni diverse. underground, che rende il trasporto molto Gli urbanisti devono riconoscere il ruolo veloce, cosa impossibile con qualsiasi altro degli aspetti psicologici in architettura, at- mezzo in superficie. Sfortunatamente, però, traverso una pianificazione integrata di la metropolitane con i loro accessi e uscite edifici fuori e dentro terra; essi devono sono considerate come aree di trasporto avere in mente il modo in cui l’organizza- isolate e non integrate con la città e le altre zione spaziale degli edifici fuori terra in- funzioni. In realtà, le stazioni della metropo- fluenza la qualità dello spazio sotto terra, litana, frequentate da un gran numero di in termini di accessibilità, illuminazione, persone, si prestano molto bene ad ospita- proporzioni, ecc. re anche altre funzioni pubbliche, miglio- In definitiva, nella progettazione degli spazi rando tale integrazione. Inoltre la presenza underground bisogna tener conto del di altre attività, aumenterebbe la qualità e clima, della connessione con trasporti e la vivibilità di questi spazi, con un miglior edifici fuori terra, della possibilità di co- controllo sociale. struire spazi underground in prossimità di La costruzione underground investe diret- edifici esistenti, della possibilità di costrui- tamente diverse discipline: pianificazione re in tempi diversi sotto e fuori terra, non- urbanistica, architettura, psicologia e inge- ché dell’orientamento, della sicurezza pub- gneria strutturale. La relazione tra gli aspet- blica, della dinamicità e flessibilità degli ti psicologici e il progetto architettonico è spazi. La costruzione underground può la più forte: l’importanza del progetto degli svolgere un ruolo importante in una città spazi, le proporzioni degli spazi under- sostenibile, soprattutto dove la mobilità è ground, l’illuminazione, l’orientamento, i essenziale e il terreno è molto prezioso. materiali, i colori sono alcuni aspetti archi- Essa consente un utilizzo più efficiente tettonici nei quali la psicologia può fornire dello spazio, riduce la congestione del traf- molte informazioni. La psicologia è anche fico e migliora la mobilità, rispetta le aree correlata agli aspetti tecnici e alle nuove verdi, migliora la qualità dell’aria e riduce il tecnologie in via di sviluppo: con l’aiuto livello di rumore, incrementa la vivibilità delle ultime tecnologie, infatti, la ventilazio- dei centri urbani, rinnova vecchi centri e ne, le condizioni di illuminazione, gli aspet- preserva i monumenti: in altre parole può ti di sicurezza e tutti questi aspetti influen- aiutare a costruire ambienti urbani più so- zano la percezione degli spazi under- stenibili27.

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Le costruzioni in zona sismica Figura 4 Il Transamerica Pyra- Nella progettazione sostenibile non vanno mid di San Francisco trascurati i problemi di sicurezza, che si contempera molto be- amplificano per le costruzioni soggette nel ne le esigenze di otti- mizzazione degli spa- corso della loro vita alle azioni dovute ai zi, impatto ambienta- terremoti. Le norme sismiche italiane ri- le e sicurezza sismica chiedono che “le costruzioni nel loro com- plesso, includendo gli elementi strutturali e quelli non strutturali, ivi comprese le appa- recchiature rilevanti alla funzione dell’edificio, non devono subire danni gravi ed in- terruzioni d’uso in conseguenza di eventi sismici che abbiano una probabilità di oc- correnza più elevata di quella dell’azione sismica di progetto. Per particolari categorie di costruzioni, in relazione alla neces- sità di mantenerle pienamente funzionali anche dopo terremoti violenti, si possono adottare valori maggiorati delle azioni, fa- cendo riferimento a probabilità di occor- renza simili o più vicine a quelle adottate per la sicurezza nei confronti del collasso”. In altre parole si chiede che le nuove costruzioni devono essere in grado di sop- elevate. Per questo motivo la ricerca si è in- portare, senza danni evidenti, un sisma di dirizzata verso tecniche innovative di pro- media intensità; in occasione di un terre- tezione sismica, che si basano sulla drasti- moto violento si richiede che la struttura ca riduzione delle forze sismiche agenti non crolli, pur accettando che la stessa si sulla struttura, piuttosto che affidarsi alla danneggi anche irreparabilmente. Tale sua resistenza, campo fino ad allora esplo- principio si è dimostrato economicamente rato soltanto per costruzioni di particolare non sostenibile, giacché i danni provocati pericolosità, come le centrali nucleari. Le dai sismi avvenuti negli ultimi anni hanno tecniche più diffuse sono: l’isolamento alla comportato l’impiego di ingenti somme di base e di piano, i sistemi dissipativi di vario denaro pubblico sia nella fase di emergen- tipo (smorzatori elasto-plastici, viscosi, za che in quella successiva di ricostruzio- visco-elastici and elettro-induttivi), sistemi ne. Inoltre, strutture strategiche, quali ospe- idraulici, sistemi con dispositivi a memoria dali, caserme, impianti elettrici e telefonici, di forma e, più recentemente, sistemi di ponti e viadotti, devono restare operative controllo delle vibrazioni attivi e semi-attivi. durante e dopo il sisma e strutture conte- La normativa sismica attuale contempla la nenti materiali pericolosi, come gli impian- possibilità di adottare sistemi di isolamento ti a rischio di incidente rilevante (nucleari e alla base o dispositivi di dissipazione del- chimici), devono rispettare stringenti re- l’energia, oltre a consentire l’adozione del quisiti di sicurezza. D’altra parte, un edifi- metodo di verifica agli stati limite, già da cio antisismico sarebbe eccessivamente tempo accettato da molte normative tecni- costoso se progettato per sopportare le che europee. azioni sismiche in campo elastico, soprat- L’isolamento sismico ha avuto un grande tutto se si pensa ad edifici di particolare ri- sviluppo negli ultimi 30 anni e va conside- levanza strategica o gravati da carichi note- rata ora una tecnologia matura, affidabile e voli che si traducono in azioni orizzontali economicamente sostenibile. Si basa sull’i-

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dea di ridurre l’energia trasmessa dal ter- teriale presenta ancora un comportamento remoto alle strutture, modificando le carat- elastico fino ad un nuovo plateau, questa teristiche dinamiche della struttura stessa, volta associato alla plasticizzazione classica. ossia incrementando il periodo proprio, al Se da un punto del plateau si riduce la ten- fine di allontanarlo dai periodi delle princi- sione, si ottiene la trasformazione inversa, da pali componenti armoniche dell’azione si- martensite a austenite, con recupero quasi smica. Questa modifica è ottenuta attraver- totale della deformazione e il ciclo può ripe- so l’uso di speciali dispositivi in gomma, tersi molte volte senza danni al materiale e detti isolatori, aventi una rigidezza orizzon- senza deformazioni residue al termine dei tale molto bassa e dotati di un adeguato cicli. In pratica un dispositivo a memoria di smorzamento, che separano la struttura dal forma si comporta come elastico con eleva- moto del suolo, preservando la struttura e il ta rigidezza per bassi livelli di sollecitazio- suo contenuto. In genere l’isolamento è ef- ne, mentre per alti livelli di sollecitazione si fettuato alla base, tra struttura e fondazione deforma consentendo alla muratura di dissi- ma è anche possibile isolare parte della pare energia; in presenza di azioni di note- struttura. Oramai sono centinaia gli edifici vole entità, infine, la rigidezza dei dispositivi al mondo protetti dagli effetti sismici trami- aumenta impedendo il collasso. te l’isolamento sismico, compresi anche L’uso dei materiali a memoria di forma è edifici esistenti28. coerente con i requisiti di reversibilità e di Recenti studi hanno mostrato l’efficacia dei compatibilità con i materiali originari, re- dispositivi a dissipazione passiva di ener- cando un disturbo minimo all’edificio. gia di vario tipo: viscosi, elasto-plastici, Esempi applicativi notevoli sono stati quelli visco-elastici e elettromagnetici. La strate- della Basilica di San Francesco in Assisi, gia consiste nel dissipare parte dell’ener- danneggiata del sisma umbro-marchigiano gia sismica in zone particolari della struttu- del settembre 1997, dove i dispositivi sono ra, dove si verificano gli spostamenti mag- stati disposti tra il timpano danneggiato e la giori. Posti in tali zone, i dispositivi accen- copertura, e del Campanile di San Giorgio trano su di sé gran parte dell’energia da in Trignano, danneggiato dal sisma che ha dissipare, salvaguardando gli altri elementi colpito la provincia di Reggio Emilia nell’ot- strutturali. Spesso i dissipatori sono usati tobre 1996, dove sono stati disposti quattro insieme agli isolatori per ridurre gli spo- tiranti verticale pretesi in modo da conferi- stamenti alla base. Le tecniche di dissipare alla struttura anche una certa resistenza zione di energia sono state proposte anche a flessione30,31. per edifici storici, anche con riferimento alla vibrazioni indotte dal traffico29. Conclusioni I materiali a memoria di forma (SMA) mo- Il mondo delle costruzioni gioca un ruolo strano particolari proprietà legate alla tra- importante nella definizione delle politi- sformazione tra due fasi cristalline, austeni- che di sviluppo sostenibile e l’ingegnere te e martensite. Nel campo della salva- deve fronteggiare nuove problematiche e guardia dei beni culturali risulta molto inte- nuove sfide. Tornano in mente le parole di ressante il comportamento superelastico. Akio Morita, presidente fondatore della La curva caratteristica di un SMA presenta Sony, che nel rispondere a Margaret un tratto lineare, corrispondente alla defor- Tatcher, allora primo ministro britannico, mazione elastica nella fase austenitica, se- che gli aveva chiesto un consiglio per il guita da un plateau, ossia un tratto in cui la suo paese, affermava: “Ridate orgoglio e deformazione cresce a tensione costante, prestigio agli ingegneri. Il mondo è pieno in corrispondenza del quale si osserva la di avvocati e finanzieri e ovviamente tutti trasformazione di fase da austenite a mar- sono utili, ma alla fine sono gli ingegneri tensite. A trasformazione completata il ma- che fanno le cose”.

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