Modelli di valutazione economica ambientale e sociale delle costruzioni in calcestruzzo. Marco Baldini

Economic, environmental and ethic evaluation models associates with concrete construction

Summary
Special concretes are construction materials with particular characteristics depending on their final use: we may have concretes with higher water resistance, with more fluidity, with higher fire resistance and thermal conductibility coefficients, and many more. In this working paper we study the use of “special” concrete materials. In particular, Environmental, Economic and Ethical Performances have been estimated, in association with the use of these materials instead of “traditional” ones. Our attention is focuses on both construction and post construction aspects, by means of a “from cradle to grave” point of view. Using a material instead of another one influences all the future costs associated with the building, such as home heating, conditioning systems and maintenance costs.

Sommario
E’ opinione comune che l’utilizzo del calcestruzzo come materiale da costruzione determini un elevato impatto sull’ambiente, soprattutto in termini di emissione di CO2 che si sviluppa prevalentemente nella fase di produzione del cemento, elemento principale della miscela che, insieme ad aggregati e additivi chimici di vario genere, compone il calcestruzzo.
Tramite modifiche a tale miscela vengono prodotti una vasta gamma di CLS speciali che garantiscono alte prestazioni. A seconda del “mix” scelto si può incrementare ad esempio la resistenza al fuoco del materiale, lo si può rendere completamente impermeabile (condizione essenziale per costruzioni in ambiente marino), oppure lo si può rendere resistente agli attacchi chimici di ambienti particolarmente aggressivi.
La quantificazione degli aspetti economico ambientali e sociali legati all’utilizzo di tali tipologie di calcestruzzo per quanto riguarda la fase di progettazione, di cantiere e di utilizzo successivo alla posa in opera può permettere di renderle competitive anche nei casi in cui non sia strettamente necessario.
Ai fini del presente lavoro sono analizzati aspetti economici, ambientali e sociali di due prodotti speciali: l’SCC e il CALCESTRUZZO LEGGERO STRUTTURALE CON ARGILLA ESPANSA.

1 L’SCC (Self Compacting Concrete)
Sviluppato in Giappone alla fine degli anni ’80 a seguito di studi sulla reologia dei calcestruzzi ad alta resistenza, il calcestruzzo auto-compattante si sta diffondendo anche in Europa, soprattutto nei paesi nordici, la cui incidenza sulla produzione totale di calcestruzzo supera il 50%. In Italia è ancora a livello di prodotto speciale e/o sperimentazioni nonostante, con i dovuti accorgimenti, sia possibile realizzare in SCC praticamente tutte le strutture.
Il primo vantaggio legato all’utilizzo dell’SCC è quello di riuscire a sfruttare in pieno le proprietà di resistenza del materiale che, nella pratica, per i calcestruzzi tradizionali possono risultare ridotte a seguito di una inadeguata posa in opera.
Le caratteristiche di resistenza vengono calcolate su un cubo campione seguendo una metodologia standard¹. Il calcestruzzo posato in opera non può avere le stesse caratteristiche del campione perchè non può essere costipato con la stessa efficacia del provino a causa della dimensione del manufatto e degli strumenti utilizzati. Per valutare quanto si è “perso” in termini di resistenza durante la posa in opera viene estratta una “carota” dalla struttura e ne viene calcolata la massa volumica, di regola inferiore a quella del provino a causa dell’incompleta compattazione.
Definito:

il grado di compattazione, si può consultare in bibliografia del settore² che per valori di g_c maggiori dell’80% per ogni punto percentuale in meno la perdita di resistenza aumenta circa del 5%.
Considerando che valori di g_c per un calcestruzzo tradizionale possono variare da 0,9 ÷ 0,98, per un auto compattante da 0,98 ÷ 1 si evidenziano due vantaggi: a parità di materiali utilizzati una più alta resistenza in opera del materiale ma soprattutto una maggiore durabilità con conseguente aumento della vita utile della struttura.
A tal riguardo c’è anche da aggiungere che l’utilizzo di materiali con prestazioni meccaniche superiori permette di dimensionare la struttura in fase di progetto con risparmio di materiale e conseguenti riduzioni dell’impatto ambientale legato alla produzione di calcestruzzo.
L’utilizzo di SCC permette vantaggi significativi anche in fase di posa. La fluidità permette una drastica riduzione del numero di addetti necessari alla posa in opera e dei tempi di posa. Infine l’assenza della fase di “vibrazione” facilita il lavoro con susseguente riduzione del rischio di infortuni, delle malattie professionali ed un minor inquinamento acustico nell’area circostante il cantiere.
Per quanto riguarda la committenza finale, questa può usufruire di un prodotto di miglior qualità, sia a livello di prestazioni tecniche ed estetiche, che ridurre le spese di manutenzione straordinaria.
In conclusione una volta messo in opera l’SCC è un calcestruzzo tradizionale di prestazioni medio-alte posato in opera in maniera impeccabile. I vantaggi che derivano dall’utilizzo di tale materiale sono da ricercare prevalentemente nelle fasi di progettazione e di cantiere, ma anche l’incremento di vita utile è un aspetto assolutamente fondamentale.

1.1 Il CLS LEGGERO STRUTTURALE CON ARGILLA ESPANSA
Si ottiene sostituendo l’aggregato grosso con argilla espansa di tipo strutturale³. Il risultato è un prodotto resistente e leggero, dotato di ottime caratteristiche di lavorabilità e omogeneità allo stato fresco e con notevoli prestazioni meccaniche allo stato indurito.
La presenza dell’argilla espansa fornisce al materiale un’ottima capacità di isolamento, sia termico che acustico. Le micro-porosità delle sferette di argilla smorzano l’intensità delle onde sonore, abbattono il livello del rumore da calpestio e aiutano a realizzare un sensibile risparmio energetico, grazie alla minore dispersione di calore delle strutture.
Mentre per quanto riguarda l’utilizzo di SCC i vantaggi maggiori si hanno nella fase di progettazione e di cantiere, l’utilizzo del CLS leggero strutturale garantisce vantaggi soprattutto nella fase di utilizzo.
A livello di progettazione e di cantiere il comportamento è essenzialmente quello di un calcestruzzo tradizionale senza vantaggi addizionali, salvo che l’eventuale eliminazione di pannelli isolanti. A livello economico e sociale ci sono vantaggi sia perchè c’è risparmio sui materiali isolanti e sulla manodopera, sia perché tali pannelli possono essere composti da fibre sintetiche che possono emettere sostanze tossiche e inoltre viene ridotta la possibilità di infortuni sul lavoro e in caso di incendio non si avrebbe a che fare con sostanze altamente infiammabili.
I vantaggi maggiori sono comunque a livello di utilizzo. Si associano all’utilizzo del CLS leggero strutturale vantaggi economici legati al minor utilizzo di energia per riscaldamento e condizionamento visto il basso coefficiente di conducibilità termica, vantaggi ambientali connessi al minor utilizzo di energia termica (minori emissioni) e vantaggi sociali dovuti al vivere in un ambiente ad elevato confort termico e acustico.
Il risparmio energetico è un aspetto fondamentale da considerare, non solo in termini di “sostenibilità”, ma anche e soprattutto in termini economici.
Il 2% di energia consumata in un’abitazione serve per l’illuminazione, il 5% per cucinare e per gli elettrodomestici, il 15% per il rifornimento di acqua calda e il 78% per il riscaldamento e condizionamento degli ambienti, di conseguenza andare a ridurre l’ultimo aspetto significa ridurre notevolmente il costo energetico totale.

2 Il modello di confronto
Lo scopo del modello, elaborato su foglio elettronico e di cui in questo capitolo verrà esposto lo schema, è stato quello di quantificare e confrontare i costi e i benefici associati all’utilizzo dei materiali speciali nei confronti del calcestruzzo tradizionale per quanto riguarda le fasi di progetto posa in opera e di utilizzo.
E’ opportuno evidenziare che gli aspetti ed i costi legati ad un qualsiasi tipo di opera di costruzione sono molteplici. L’obiettivo del modello non è il calcolo totale risultante di tutti i costi di costruzione, bensì la presa in considerazione esclusivamente delle voci di costo che possono variare a causa dell’utilizzo dei diversi materiali analizzati. Si ottiene dunque non un quadro completo dei costi ma solo un quadro dei costi limitato alle fasi considerate.
Come oggetto dello studio è stata considerata una generica costruzione civile, variabile nel numero di piani, nelle dimensioni dei singoli piani, nell’altezza, nello spessore dei solai e dei pilastri, nella luce tra i pilastri e nella superficie dei balconi, ma fondamentalmente di dimensioni complessive standard.

Fonte: elaborazione.

Le considerazioni che seguono fanno riferimento alla tipologia costruttiva del tipo di quella rappresentata in figura.
Per la stesura del modello sono stati utilizzati parametri ricavati o tramite semplici calcoli, oppure trovati in letteratura.
In tabella sono evidenziati i più significativi. Discorso a parte meritano la voce “costi per intervento di manutenzione” e la voce “giornate di lavoro perse per infortunio su ore lavorate” riprese e valutate nel seguito.

Fonte: varie

2.3 Gli indicatori economici
I vantaggi legati all’utilizzo dell’SCC che portano a vantaggi strettamente economici sono:

• riduzione manodopera (sia come numero di addetti che come tempi di getto)
• eliminazione della fase di vibrazione
• aumento velocità di rotazione dei casseri
• riduzione costi di manutenzione straordinaria
• minori ore di lavoro perse per infortunio

Per quanto riguarda l’utilizzo di CLS leggero strutturale i vantaggi economici sono da riferirsi in particolare i risparmi per riscaldamento e condizionamento.

2.1.1 I risparmi sulla manodopera
Per la quantificazione dei risparmi economici relativamente agli aspetti di manodopera è stato utilizzato un caso reale di getto di un solaio in cui è stato utilizzato SCC messo a confronto con un calcestruzzo tradizionale. I risultati sono riportati in tabella:

Dalla tabella risultano due considerazioni: per eseguire un getto in SCC è necessario un solo addetto alla pompa, mentre per il getto di un CLS S4⁴ ne sono necessari almeno cinque (uno tiene l’ago, uno porta il tubo, uno al gommone della pompa e due alla staggiatura); con l’SCC è possibile realizzare una resa di circa 35 m³/h che scende con il CLS tradizionale a 20 m³/h.
Sulla base di tali parametri è definito l’indicatore di costo della manodopera con cui è possibile quantificare, in funzione delle dimensioni della struttura e di conseguenza dei m³ di getto, il risparmio netto su m3 di SCC utilizzato:

E’ utile far notare che i m³ di progetto per i due materiali possono essere diversi perché il modello è costruito tenendo conto che i due materiali possono avere classi di resistenza diverse e quindi in fase di progetto si possono avere riduzioni di sezioni (prevalentemente sui pilastri) e delle rispettive quantità.

2.1.2 I risparmi sui costi di casseratura
L’SCC ha un comportamento in fase di posa in opera completamente diverso da quello dei calcestruzzi tradizionali. Per poterne sfruttare pienamente i vantaggi sono necessari speciali accorgimenti in cantiere. Il più importante riguarda l’impiego di casseri adeguati sia alla spinta sia alla fluidità dell’SCC, ovvero devono essere preferibilmente utilizzati casseri di tipo industriale a tenuta.
A tal riguardo è necessaria un’analisi su due livelli. Si sono dapprima valutate le differenze dei costi che si hanno utilizzando casseri di tipo industriale rispetto a quelli tradizionali in legno, successivamente sono stati calcolate le differenze dei costi di casseratura strettamente connesse con il tipo di materiale.
I vantaggi in tal senso sono prevalentemente riferibili: alla maggior velocità di rotazione dei casseri dovuta al precoce indurimento dell’SCC che permette tempi di scasseratura ridotti con incremento del numero di getti a parità di tempo, l’altro riguarda il minor quantitativo di casseri richiesto in termini di m² dovuto, nel caso dei pilastri, alla riduzione dei delle sezioni e della luce tra i pilastri in funzione di un’eventuale scelta di materiale per il confronto con classe di resistenza maggiore.

Vantaggi per l’utilizzo di casseri industriali
Per tale valutazione ci si è avvalsi di esperti del settore che ci hanno fornito dati da loro elaborati, disponibili in allegato alla presente relazione.
Nel seguito si riporta la sintesi dei dati utilizzati nello studio.

Da questi dati sono stati ricavati due indicatori di costo, uno fa riferimento ai risparmi sul progetto per la casseratura dei solai, l’altro fa riferimento ai risparmi per la casseratura dei pilastri. Entrambi normalizzati sui m3 di SCC utilizzato.
E’ bene ricordare che quelli che vengono esposti sono due indicatori che fanno esclusivamente riferimento ai vantaggi dell’utilizzo di casseri industriali quindi i quantitativi di calcestruzzo utilizzato e relative superfici e tempi di attesa prima della scasseratura vengono considerati uguali.

A questi vanno aggiunti due indicatori che invece valutano i risparmi sui costi di casseratura connessi con l’utilizzo di SCC ovvero tramite la riduzione dei tempi di getto e di attesa prima di scasserare e tramite la riduzione del numero e delle sezioni dei pilastri in funzione di classi di resistenza diverse.

Risparmi di costo sui casseri associati all’utilizzo di SCC
I costi dei casseri su m² gettato forniti derivano dai costi di noleggio mensile e presuppongono 5 reimpieghi in opera nell’arco di un mese.
Tramite l’utilizzo di SCC si presuppone che il numero di getti in un mese aumenti, sia per la maggiore velocità di getto in opera del materiale, sia per i minori tempi di attesa per la scasseratura richiesti dati i tempi di presa del materiale inferiori a quelli di un CLS tradizionale. Quindi prima di tutto è stato valutato il rapporto tra i tempi di posa in opera e attesa di scassero dell’SCC e i tempi di posa e attesa del CLS tradizionale.
La formula utilizzata è la seguente:

Il tempo di attesa previsto prima di scasserare un solaio in SCC è assunto pari alla metà di quello necessario per un calcestruzzo tradizionale.
Il coefficiente adimensionale K viene utilizzato per definire l’incremento mensile dei getti e di conseguenza per definire l’abbassamento del costo del noleggio dei casseri per m2 gettato.
L’incremento di risparmio sarà:

Per quanto riguarda i pilastri, questi saranno in numero diverso se in funzione dell’utilizzo di SCC in fase progettuale con Rck più elevato si suppone una luce più grande e se si suppongono sezioni diverse. Questo comporta un minor utilizzo di casseri come superficie e un risparmio di manodopera.
Il risparmio netto sarà:

Così facendo i risparmi di costo di casseratura sono stati suddivisi in quelli dovuti all’utilizzo di SCC e quelli dovuti alla tipologia di casseri utilizzati.
Ovviamente tali vantaggi derivano, come evidenziato, dal tipo di materiale utilizzato e non dal tipo di cassero. Qualora si decidesse di utilizzare casseri tradizionali tali vantaggi persisterebbero, anche se con valori diversi a causa del diverso costo di noleggio dei casseri stessi.

2.1.3 I risparmi sui costi di manutenzione
Ogni struttura in calcestruzzo presenta un grado di deterioramento nel tempo che può ridurne la funzionalità. La perdita di funzionalità può riguardare la sicurezza, la destinazione d’uso o semplicemente l’estetica, come nel caso di calcestruzzi a faccia vista.
I processi a rischio per la durabilità di una struttura in calcestruzzo armato esposta in ambiente naturale sono collegati all’attacco chimico, alla corrosione dell’armatura, ai i cicli di gelo e disgelo, al grado di inquinamento dell’ambiente, alla qualità dei materiali non adeguata alle sollecitazioni reali.
In generale comunque tutti i processi di deterioramento richiedono acqua.
L'anidride carbonica, l'ossigeno e l'umidità presenti nell'aria possono provocare la corrosione delle armature a seguito del fenomeno di carbonatazione. L’anidride carbonica penetrando nel conglomerato ne annulla le caratteristiche di basicità creando le condizioni favorevoli al processo di corrosione delle armature da parte dell'ossigeno e dell'umidità.
Il tempo necessario perché gli effetti deleteri prodotti dalla corrosione dell’armatura raggiungano un livello ritenuto inaccettabile può essere suddiviso in due periodi distinti. Il primo è quello necessario perché gli agenti di corrosione raggiungano l’armatura, il secondo è il tempo che occorre perché il danno si manifesti. Generalmente la vita di servizio attesa è basata sul primo periodo, mentre i contributi del secondo periodo non possono essere presi in considerazione perché condizionati da molte variabili prima fra tutte il microclima.
Per la difesa dalla corrosione è possibile mettere in atto due accorgimenti fondamentali:

• ridurre il rapporto acqua/cemento per rendere la matrice cementizia più compatta e quindi meno penetrabile
• garantire il ricoprimento (copriferro) delle armature

Il quadro operativo del settore presenta nuovi livelli di complessità, specie per il Progettista, che è investito di evidenti obblighi nei riguardi della Committenza poiché il requisito della durabilità rientra comunque nelle prescrizioni di capitolato e quindi deve accompagnarsi alle previsioni di progetto. Parallelamente il Direttore dei Lavori ed il Costruttore, ciascuno nell'ambito delle proprie competenze, per responsabilità oggettive sulla rispondenza dell'opera al progetto, sono tenuti ad escludere dall’impiego materiali e componenti non conformi alle prescrizioni normative.
I vantaggi a livello di durata dell’opera relativi all’utilizzo di SCC sono da riferirsi sia al ridotto rapporto acqua-legante (circa 0,4 a fronte di 0,6÷0,7 dei calcestruzzi tradizionali) sia alla facilità di posa in opera per cui si è sicuri che le caratteristiche del materiale saranno preservate e, alla luce di quanto previsto dalla norma UNI EN 206, garantiscono una vita utile dell’edificio pari a cinquanta anni.
Considerando che per un calcestruzzo tradizionale non sempre si usano per la posa in opera tutti gli accorgimenti necessari previsti in normativa e considerando il valore del rapporto acqua/cemento più elevato e, soprattutto riferendoci all’esperienza di addetti ai lavori, si è ritenuto di considerare di 15 anni la vita utile di un’ opera costruita con tale materiale.
Per poter riportare queste valutazioni in termini economici è fondamentale la quantificazione economica dei costi di manutenzione straordinaria di una parete su cui si siano verificate fessurazioni, al fine di poter valutare il minore costo che si ottiene utilizzando SCC.
Esperti del settore che hanno evidenziato i seguenti costi⁵:

• preparazione del supporto con relativa eliminazione del calcestruzzo carbonato considerando un copriferro di 3 cm 30,00 €/m²
• costi di impalcatura 08,00 €/m²
• costo del materiale di ripristino 0,40 €/m²
• quantità di materiale di ripristino prevista 40 kg/m²
• verniciatura 15,00 €/m²

Il totale su un m² di parete da ripristinare è quindi di 69 €/m² approssimabili a 70 €/m².
Definito il costo di intervento, definita la vita utile richiesta per normativa di 50 anni, supposti interventi di manutenzione nel caso di utilizzo di calcestruzzo ordinario ogni 15 anni e supposto che in 50 anni non siano necessari interventi in caso di utilizzo di SCC, occorre attualizzare i costi futuri prima della valutazione dell’indicatore di costo. Per fare ciò ci si è avvalsi di studi specifici di settore⁶.
Per l’attualizzazione dei costi è stato usato il valore attuale netto (VAN).
Il VAN è definito come la differenza tra il flusso dei benefici e il flusso dei costi entrambi attualizzati in funzione di un certo rendimento. La formula è la seguente:

Nel caso specifico i costi si hanno esclusivamente all’anno zero e sono già compresi nel costo del materiale, i benefici sono i risparmi che si hanno utilizzando SCC ovvero gli ipotetici costi di manutenzione previsti nel caso di utilizzo di calcestruzzo tradizionale che si verificheranno all’anno 15, all’anno 30 e all’anno 45.
La formula nel modello è impostata mediante un approccio prudenziale non tenendo conto del tasso di inflazione che comunque riguarderebbe sia numeratore che denominatore, e inserendo un tasso di rendimento variabile, che può essere quindi aggiornato da caso a caso, ma in linea di massima si suppone quello di un eventuale mutuo bancario. Consultando la curva dei tassi ufficiale riportata sul quotidiano “Il Sole 24ore” su un orizzonte temporale di 50 anni si è ritenuto opportuno considerare un tasso del 5 %.
Alla luce di tali considerazioni la formula risultante usata nel modello è:

F_t sono i costi di manutenzione straordinaria che in teoria si dovrebbero fronteggiare all’anno t-esimo a causa del deterioramento del calcestruzzo sottoposto ad agenti atmosferici e sono pari a:

[€]

Come di consueto l’indicatore risultante viene normalizzato su m³:

Questo indicatore fornisce il minor costo dei costi di manutenzione riportato su un m3 di SCC utilizzato e quindi può essere associato agli altri parametri analizzati.

2.1.4 I risparmi sugli infortuni
L’utilizzo di SCC comporta minor utilizzo di manodopera, dunque minori ore di lavoro e assenza assoluta di necessità di vibrazione del materiale.
Se si considera il rischio come prodotto tra probabilità che un evento si verifichi e la moltitudo del danno previsto è evidente come l’utilizzo di SCC riduca in maniera sostanziale il rischio di infortuni sul lavoro diminuendo entrambi gli aspetti elencati.
Sfruttando i parametri e i dati presenti nel modello è stato definito un indicatore di valutazione del numero di infortuni evitati e delle ore di lavoro “non perse” che, associati al costo della manodopera, forniscono un ulteriore elemento di risparmio. Le ore di lavoro risparmiate sono quelle relative all’utilizzo di SCC e eventualmente ai minori tempi di montaggio dei casseri industriali.

Il parametro dei giorni persi per infortunio su ore lavorate è stato ricavato da alcuni dati trovati in letteratura.
Nell’anno 2003 è stato calcolato che in media si sono verificati 49,7 infortuni per 1 000 000 ore di lavoro nell’ambito dell’edilizia, ed è stato calcolato che per 700 000 infortuni sono state perse 16 000 000⁷ di giornate di lavoro, Quindi:

2.1.5. I risparmi sul materiale
L’eventuale utilizzo di SCC a resistenza a compressione Rck maggiore di quella del calcestruzzo oggetto del confronto comporta in fase di progetto la modifica delle sezioni dei pilastri e delle luci tra gli stessi. Questo fa si che i m3 di materiale necessari per i due progetti possano differire.
Alla luce di tale considerazione si è ritenuto opportuno valutare tra i vantaggi economici anche tale risparmio. L’indicatore utilizzato è:

2.1.6 I risparmi energetici
I vantaggi economici relativi ai ridotti consumi energetici si riferiscono esclusivamente al riscaldamento e al condizionamento degli ambienti.
Il confronto in questione verrà effettuato tra il calcestruzzo e il secondo materiale oggetto dello studio: il CLS leggero strutturale
Il CLS leggero strutturale è un tipo di calcestruzzo ad alto valore isolante, sia acustico che termico. Il suo utilizzo può portare a considerevoli risparmi energetici e di conseguenza economici.
La quantità Q di calore che passa attraverso una parete è definita come:

dove:
λ= conducibilità termica del materiale [W/m K]
d= spessore della parete [m]
S= superficie della parete [m2]
ΔT= variazione di temperatura tra interno ed esterno [K]

La conducibilità termica è un parametro che definisce come si oppone un materiale al passaggio di calore. Più tale valore è alto e maggiore sarà il passaggio di calore nell’unità di tempo e di superficie.
In bibliografia sono stati ricavati i seguenti valori di λ:
λ_CLS= 1,5 [W/m K]
λ_{CLS_leggero}= 0,65 [W/m K]
Il rapporto tra le due conducibilità è:

Ovvero, a parità di variazione di temperatura ΔT e superficie S l’energia in Watt da utilizzare per mantenere la temperatura voluta in caso di parete in CLS leggero è circa il 45% di quella richiesta per una normale parete in calcestruzzo.
Ovviamente l’edificio tipo cui fa riferimento il modello avrà la maggior parte delle pareti in muratura, ma la percentuale di pareti in calcestruzzo (solaio, solette e pilastri) esposta allo scambio termico con l’esterno non è trascurabile. Il valore, che dipende dalla geometria scelta, può essere stimato nell’ordine del 30 % della superficie totale. Quindi:

Si può stimare un risparmio energetico di circa il 17%.
Per attribuire a questo risparmio un valore economico sono necessarie alcune valutazioni aggiuntive.
Dati ricavati in letteratura attribuiscono punte di consumo energetico in Italia di 300 kWh/m² anno, mentre in altre realtà tipo la Svezia siamo nell’ordine dei 50 kWh/m² anno. Si assume che un valore medio di 100 kWh/m² anno possa essere attendibile.
Le tariffe relative al costo dell’energia variano in funzione delle quantità consumata. Nel modello è stato usato come valore di riferimento un valore medio pari a 0,12 €/kWh. Affiancando ai m2 i coefficienti prima definiti si perviene all’indicatore di risparmio energetico:

Il risultato si riferisce al risparmio che si ha nel primo anno di vita dell’edificio ed è normalizzato sui m³ di materiale utilizzato.
Tale risultato deve essere moltiplicato per gli anni di vita utile dell’edificio e attualizzato. Lo strumento utilizzato per questa analisi di lungo periodo è ancora il Valore Attuale Netto. Il rendimento r è sempre riferito a quello di un eventuale mutuo bancario.
Posto β il risparmio che si ottiene al primo anno, il valore di risparmio totale risultante nel modello sarà:

2.2 Gli indicatori ambientali e sociali

L’utilizzo di SCC ad alto valore di resistenza alla compressione permette, in linea teorica, in fase di progetto, di ridurre i quantitativi totali di materiale utilizzato. Questo porta a due vantaggi di tipo ambientale:

• il risparmio dei materiali e dell’energia utilizzati in fase di produzione
• minor trasporto su gomma
In fase di posa in opera invece l’utilizzo di SCC comporta altri due vantaggi, uno ambientale e uno sociale:
• l’assenza della fase di vibrazione e il minor impiego di trasporto su gomma comportano riduzioni di inquinamento acustico nelle zone adiacenti il cantiere
• l’assenza della fase di vibrazione e i minori tempi di manodopera per il getto comportano una riduzione del rischio di infortuni sul lavoro.

Alla luce di tali indicazioni sono stati definiti alcuni indicatori di performance volti alla quantificazione delle riduzioni di impatto. Anche per tali indicatori si è normalizzato sui m3 di SCC utilizzati.

2.2.1 I risparmi nella fase di produzione

Il consumo di energia in fase di produzione di calcestruzzo è dell’ordine⁸ dei 1,6 kWh/m3, ne segue il risparmio:

La CO2 emessa per la produzione di calcestruzzo è 400 kg/m³⁹ . Quindi il risparmio risulta:

I kg di aggregati presenti in un m3 di calcestruzzo sono circa 1890 kg/m3, quindi il risparmio risulta:

I consumi medi di acqua per la produzione di calcestruzzo sono 210 l/m3. Il risparmio di acqua risulta:

Le emissioni di polvere immesse in atmosfera a seguito della produzione di calcestruzzo sono 0,62 g/m3. Quindi le polveri evitate risultano:

I rifiuti che si generano per la produzione di calcestruzzo sono 0,55 kg/m3. I rifiuti non prodotti nel progetto risultano:

2.2.2 I risparmi nella fase di trasporto
Gli impatti ambientali analizzati in questa fase sono quelli che usualmente caratterizzano il trasporto su gomma, quindi riguardano le emissioni in atmosfera di agenti inquinanti quali CO₂, COV, NO₂ e PM₁₀.
I minori impieghi di materiale implicano minor trasporto e minori emissioni.
Nel modello è stata inserita tra i parametri di ingresso la distanza del cantiere dall’impianto di approvvigionamento più vicino. Al variare di tale parametro e dei quantitativi di materiale previsto, nell’ipotesi di utilizzo di una betoniera di capacità di 8 m3, si ottengono le relative valutazioni.
I coefficienti di emissione utilizzati sono riportati in tabella:

Tabella 0 4
COEFFICIENTI DI EMISSIONE

Fonte: Bilancio di sostenibilità Buzzi Unicem¹⁰ .

2.2.3 I risparmi nella fase di posa
Gli impatti ambientali e sociali relativi alla fase di posa in opera sono relativi alla diminuzione di rumore e alla riduzione delle probabilità di infortunio sul lavoro.
Le onde sonore, propagandosi, trasportano energia ed esercitano una pressione sui timpani.
L'unità di misura del livello di pressione sonora (SPL) é il decibel [dB]. Il numero di decibel di pressione sonora deriva dalla formula:

Considerando che un camion produce 80 db di rumore e che la soglia del dolore si ha intorno ai 120 db¹¹, si ha un idea del fastidio provocato.
Provando a fornire un indicatore si può stimare il numero di passaggi che i camion possono effettuare in un giorno in periodo di cantiere e quantificare quanti di questi possono essere evitati.
Gli indicatori utilizzati nel modello sono:

(x)

che dà il valore della riduzione percentuale del numero di passaggi totali con l’utilizzo di SCC, e:

che fornisce il valore di diminuzione di passaggi durante la durata del cantiere.
Per quanto riguarda gli infortuni evitati per il minor utilizzo di manodopera e i minori tempi di lavoro gli indicatori si riferiscono alla fase di getto e alla fase di casseratura, e sono:

(k)

che dà il valore della riduzione percentuale del numero di infortuni totali e:

che fornisce il numero di giorni persi per infortunio evitati.

2.3 Un esempio numerico
Per concludere l’analisi si riporta un esempio di utilizzo del modello.
Occorre definire la geometria dell’edificio in questione e il tipo di materiale su cui si vuole effettuare l’analisi. In particolare vengono inserite le lunghezze dei lati di un singolo piano, le corrispondenti superfici dei balconi e il numero di piani.
Per quanto riguarda il materiale da confrontare ad un calcestruzzo tradizionale Rck 25 si suppone l’utilizzo di un calcestruzzo evoluto SCC con argilla espansa Rck 30 per i solai e di un calcestruzzo evoluto SCC Rck 35 per i pilastri. Si suppone di aver tenuto conto di tali caratteristiche in fase progettuale e di aver calcolato i conseguenti spessori dei pilastri e la luce tra gli stessi.
Infine si prevede per il solo getto dell’SCC l’utilizzo di casseri di tipo industriale sia per le solette che per i pilastri. L’inserimento di tale parametro così come per l’utilizzo di argilla espansa viene effettuato tramite l’inserimento di un valore binario (0/1).
Si ottiene la maschera sotto indicata:

Il modello fornisce i valori degli indicatori economici, ambientali e sociali precedentemente descritti.
Nel caso dell’esempio si ottengono i seguenti risultati:

Fonte: elaborazione dati.

2.3.1 L’analisi dei risultati
Dall’analisi dei risultati risulta che per l’edificio in questione l’utilizzo dei materiali speciali produce una serie di vantaggi rispetto al caso di utilizzo di calcestruzzo tradizionale.
Per quanto riguarda i risultati derivanti dagli indicatori economici è evidente come l’incremento di costo dovuto all’utilizzo di materiali speciali viene parzialmente compensato
Il quadro che ne risulta porta a dire che i risparmi superano ampiamente i costi di investimento sui materiali, al punto tale che, anche presi singolarmente, i vantaggi relativamente all’utilizzo di SCC e CLS LEGGERO STRUTTURALE CON ARGILLA ESPANSA ripagano completamente la differenza di spesa iniziale.
I risparmi più significativi legati all’utilizzo di tali materiali si hanno sul lungo periodo mediante risparmi sui costi di manutenzione (per l’SCC) e risparmi sui costi di riscaldamento e condizionamento (per l’Aresbeton).
Per quanto concerne l’SCC ritorni economici positivi si hanno sia in fase progettuale che in fase di cantiere, e portano, per l’esempio utilizzato, a risparmi di circa 15 €/m3 (manodopera, rotazione casseri e materiale) se si considera il solo utilizzo di SCC, e a risparmi molto più significativi se si considera l’utilizzo di casseri industriali (condizione tra l’altro preferibile in caso di utilizzo di tale materiale), fino cioè a circa 48 €/m³.
I risultati economici sono normalizzati sui m³ di progetto utilizzati, ai quali sono stati affiancati i risultati assoluti relativamente all’esempio effettuato, moltiplicando per i m3 totali utilizzati.
E’ opportuno aggiungere che, per mancanza di dati, non è stato considerato un aspetto economico rilevante: il costo fisso del cantiere.
Per quanto riguarda i risultati degli indicatori ambientali, questi sono tutti positivi e sono da riferirsi alla diminuzione dei quantitativi di materiale utilizzato, con conseguente abbassamento del livello di inquinamento associato prevalentemente alle fasi di produzione e trasporto del calcestruzzo.
Anche gli indicatori sociali indicano risultati positivi sia riguardo la riduzione del numero di infortuni sul lavoro, sia riguardo il livello di rumore associato al passaggio di automezzi o alla presenza del cantiere. In questo caso, il motivo è da riportare non solo ai minori quantitativi di materiali utilizzati ma anche alla semplicità e velocità di posa associate all’uso di SCC.
Altre simulazioni effettuate col modello cambiando le variabili di ingresso hanno portato a risultati analoghi almeno in termini di ordini di grandezza e questo permette di affermare che l’utilizzo di SCC e CLS leggero strutturale nelle opere di costruzione per uso civile può consentire risparmi generalizzati per tutti i portatori di interesse.

Bibliografia
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Siti consultati

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-www.yosemite.epa.gov

* Ingegnere, diplomato MEMA terza edizione. Rif. mar.baldini@libero.it
1 UNI EN 12390-2.
2 M. Collepardi, Il nuovo calcestruzzo.
3 Granuli di argilla espansa clinkerizzata caratterizzata da una struttura interna cellulare racchiusa entro una scorza dura e resistente. E’ un inerte leggero, naturale ed isolante termicamente ed acusticamente.

5 I costi di manodopera sono già considerati nelle voci descritte.
6 National centre for environmental economics: Guidelines for preparing economics analysis.

7 www.italialavoro.it del 12 novembre 2002.
8 Tutti i parametri relativi a tali indicatori traggono spunto dal Bilancio di sostenibilità 2003 Buzzi Unicem.
9 Dati di bibliografia.

10 Stimati con il modello matematico MEET (Methodologies for Estimating Air Pollutant Emissions fromTransport) ipotizzando una velocità media di percorrenza di 30 km/h.