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Il tipo di materiali che scegliamo nella costruzione degli edifici influisce notevolmente sulla loro resistenza al carico e sulla flessibilità progettuale degli architetti. Il calcestruzzo armato è estremamente resistente alle forze di compressione, motivo per cui viene comunemente utilizzato per le fondamenta e per le parti centrali degli edifici alti. L'acciaio strutturale, invece, gestisce molto meglio le sollecitazioni a trazione, permettendo la realizzazione di grandi strutture di copertura che coprono ampi spazi senza colonne portanti. Gli edifici devono inoltre essere in grado di resistere a diverse condizioni atmosferiche. I danni causati dall'umidità e le variazioni di temperatura nel tempo finiranno per avere un impatto se non vengono adeguatamente affrontati durante la costruzione. Prendiamo ad esempio il legno lamellare incrociato (CLT). Questo prodotto moderno in legno ha rivoluzionato il settore offrendo prestazioni strutturali solide, consentendo al contempo ai progettisti di creare forme interessanti e piani aperti che in passato richiedevano soluzioni costose in acciaio. Alcuni progetti recenti hanno addirittura integrato il CLT in sezioni di pareti curve, dove i materiali tradizionali avrebbero faticato a soddisfare sia i requisiti estetici che quelli ingegneristici.
La scelta dei materiali giusti dipende dalle loro proprietà di resistenza, dal modo in cui reagiscono a diversi ambienti e dalla capacità di sopportare vari carichi. In zone costiere dove l'aria salmastra corrode i materiali, gli edili ricorrono spesso a soluzioni resistenti alla corrosione come l'acciaio zincato o il calcestruzzo fibrorinforzato. In aree a rischio incendio sono preferiti materiali che non si infiammano facilmente, come pietra e mattoni. Per quanto riguarda le prestazioni effettive di ciascun materiale, il calcestruzzo prefabbricato è ideale per carichi statici elevati, come nei supporti dei ponti. Tuttavia, quando gli edifici devono flettersi durante i terremoti, materiali come il legno lamellare incrociato (LVL) offrono prestazioni migliori perché assorbono efficacemente le vibrazioni senza rompersi. Gestire correttamente tutti questi aspetti fa sì che le strutture durino più a lungo prima di necessitare riparazioni. Alcuni studi indicano che questo approccio può ridurre i costi di manutenzione nel tempo di circa il 40%. Inoltre, garantisce il rispetto delle normative locali, che variano notevolmente da una regione all'altra.
Il calcestruzzo è ancora oggi il materiale di riferimento per la maggior parte dei progetti edilizi perché offre una notevole resistenza alla compressione, risultando ideale sia per la realizzazione di strade che di grattacieli. I dati lo confermano: secondo recenti rapporti, circa il 70 percento di tutti gli edifici nelle città di tutto il mondo è realizzato in calcestruzzo. Il motivo del suo successo risiede nella sua ottima compatibilità con le armature in acciaio, grazie alla quale si ottengono strutture particolarmente resistenti. Tuttavia, non possiamo ignorare alcuni problemi. Il calcestruzzo richiede tempi molto lunghi per indurirsi correttamente, a volte settimane o anche mesi, e la produzione del cemento comporta l'emissione di grandi quantità di anidride carbonica nell'atmosfera. Questi aspetti continuano a rappresentare una criticità per il settore, nonostante tutti i suoi vantaggi.
L'acciaio si distingue in progetti che richiedono un assemblaggio rapido e alti rapporti resistenza-peso. Le strutture prefabbricate in acciaio permettono velocità di costruzione fino al 50% superiori rispetto ai metodi tradizionali in calcestruzzo. La sua durabilità in zone sismiche e la versatilità per progetti modulari lo rendono indispensabile per grattacieli e impianti industriali.
I prodotti in legno ingegnerizzato, come il legno lamellare incrociato (CLT), uniscono sostenibilità e integrità strutturale. I pannelli CLT riducono gli scarti di costruzione fino al 30% rispetto ai metodi convenzionali (Forestry Innovation Report 2023), mentre la loro estetica naturale risponde alle esigenze di sviluppi eco-compatibili. Tuttavia, la suscettibilità all'umidità e ai parassiti richiede trattamenti avanzati per garantire longevità.
La muratura in mattoni offre un'elevata massa termica, regolando le temperature interne e riducendo i costi energetici del 15–20% nei climi temperati (Building Envelope Studies 2023). L'intonaco in pietra garantisce una durabilità provata secolare, anche se il suo peso ne limita l'uso in strutture basse senza fondamenta rinforzate.
Le facciate in vetro migliorano l'utilizzo della luce naturale ma richiedono un'ingegnerizzazione accurata per minimizzare le perdite termiche. Unità a doppio vetro con rivestimenti a bassa emissività possono ridurre i carichi HVAC del 25% (Window Performance Council 2023). Il controllo dell'abbagliamento e la manutenzione nel ciclo di vita rimangono considerazioni fondamentali nella progettazione.
La durata di un materiale dipende davvero da ciò di cui è fatto e da come resiste a fattori come umidità, variazioni di temperatura e sostanze chimiche presenti nell'ambiente. Prendiamo ad esempio il calcestruzzo: quando è esposto all'umidità, a volte reagisce con la silice causando la formazione di crepe. L'acciaio lasciato senza protezione arrugginisce piuttosto rapidamente anche in prossimità della costa. Secondo alcuni studi del NIST del 2023, circa il 40 percento degli edifici in calcestruzzo vicino all'acqua necessita di riparazioni dopo soli due decenni a causa dei danni provocati dall'acqua salata. La scelta del materiale giusto è molto importante a seconda del luogo in cui viene installato. Le plastiche rinforzate con fibra tendono a durare più a lungo in presenza di corrosione intensa, mentre il legno trattato sotto pressione funziona meglio nelle zone in cui i termiti rappresentano un problema comune.
I ricercatori hanno monitorato le prestazioni dei frangiflutti in tutta la Florida per un decennio e hanno scoperto un dettaglio interessante riguardo ai tipi di calcestruzzo. Quando i costruttori aggiungevano il 8% di fumo di silice e utilizzavano barre d'armatura in acciaio inossidabile, questi muri presentavano solo circa un quarto dei problemi di sfogliamento rispetto alle miscele di calcestruzzo tradizionali. Ma c'era anche un altro aspetto degno di nota. I frangiflutti privi di sistemi di drenaggio adeguati perdevano comunque circa il 22% della loro resistenza nel tempo, poiché l'acqua continuava a infiltrarsi. Cosa significa tutto ciò? Beh, le costruzioni costiere devono pensare a qualcosa di più rispetto alla semplice scelta di materiali migliori. La vera soluzione consiste nell'accoppiare formule di calcestruzzo resistenti a scelte progettuali intelligenti, capaci di gestire correttamente fin dal primo giorno pioggia e onde di tempesta.
Il calcestruzzo che si autoguarisce grazie a batteri come il Bacillus subtilis è una di quelle innovazioni interessanti che possono effettivamente far durare gli edifici da 15 a 20 anni in più. I microrganismi sostanzialmente sigillano le microfessure man mano che si formano, impedendo problemi maggiori in futuro. Per le strutture in acciaio esposte a condizioni difficili, i sistemi a anodo galvanico funzionano altrettanto bene, riducendo la corrosione di quasi il 90%. Secondo una ricerca pubblicata l'anno scorso, tutti questi materiali avanzati riducono significativamente i costi di manutenzione durante la loro vita utile, consentendo un risparmio compreso tra 18 e 24 dollari per piede quadrato nel tempo. Un risparmio economico di questo tipo contribuisce certamente a mantenere i progetti ecocompatibili. Oggi i costruttori sono sempre più attenti a queste soluzioni, tanto che si vedono sempre più barre d'armatura rivestite con resina epossidica e particolari rivestimenti a base di silano che respingono l'acqua nei cantieri di tutto il mondo.
Il settore delle costruzioni contribuisce in modo significativo alle emissioni di gas serra, con il calcestruzzo e l'acciaio che rappresentano circa il 60% di tutte le emissioni derivanti dai materiali da costruzione. Secondo il rapporto del 2023 di Grip-Rite, l'edilizia nel suo complesso è responsabile di circa il 37% delle emissioni globali di carbonio. L'acciaio si distingue perché, nonostante possa essere riciclato al tasso del 90%, la produzione di acciaio nuovo rilascia 1,85 tonnellate di CO2 per ogni tonnellata prodotta, ovvero tre volte in più rispetto a quanto emesso dalla produzione di calcestruzzo. Per questo motivo, molti costruttori ecologici stanno ricorrendo oggi a cementi compositi, mescolando materiali come ceneri volanti o scorie provenienti da processi industriali. Questo approccio riduce il contenuto di carbonio di circa il 30-40%, mantenendo comunque prestazioni adeguate nella maggior parte delle applicazioni. I ricercatori dell'Environmental and Energy Study Institute hanno promosso l'analisi dei materiali considerandone l'intero ciclo di vita. Quando si tengono in considerazione tutti i fattori, dal trasporto ai costi di installazione fino alla demolizione finale, questo approccio olistico può ridurre quasi della metà le emissioni complessive.
L'analisi del ciclo di vita dell'intero edificio (LCA) identifica leader della sostenibilità inaspettati: il legno lamellare incrociato (CLT) sequestra 1,1 tonnellate di CO₂ per metro cubo, mentre i tetti in alluminio riciclato garantiscono un risparmio energetico del 95% rispetto al materiale vergine. Uno studio del 2023 della Stanford ha rilevato che i progetti guidati dall'LCA raggiungono la neutralità carbonica il 52% più velocemente rispetto agli approcci convenzionali.
Il mercato globale degli aggregati riciclati raggiungerà 68,4 miliardi di dollari entro il 2028, con gli sviluppatori che sostituiscono dal 30 al 50% del calcestruzzo vergine con detriti da demolizione triturati. Le pratiche dell'economia circolare deviano già l'82% dei rifiuti da costruzione dalle discariche nei progetti europei, grazie a reti di simbiosi industriale che riutilizzano l'isolamento in vetro come materiale per fondazioni stradali.
Le certificazioni LEED v4.1 richiedono almeno il 20% di contenuto riciclato nei materiali strutturali, stimolando l'adozione di blocchi in canapulo (28% più leggeri, resistenza termica R-3,6/pollice) e isolanti a base di micelio. I progetti BREEAM Outstanding riportano una riduzione del 62% del carbonio incorporato utilizzando compositi in fibra di cellulosa e sistemi di calcestruzzo geopolimerico.
Il prezzo iniziale delle tegole in asfalto varia da circa 120 a 250 dollari per quadrato, il che corrisponde a un costo approssimativamente del 40% inferiore rispetto all'installazione di un tetto in metallo. Tuttavia, queste tegole devono generalmente essere sostituite ogni 15-25 anni, mentre i tetti in metallo possono durare dai 40 ai 70 anni prima di necessitare interventi. Considerando il quadro complessivo, l'asfalto finisce per costare circa 2,8 volte di più nel corso della sua vita utile, poiché i proprietari devono effettuare riparazioni dopo le tempeste e sostituire le tegole con maggiore frequenza. Secondo uno studio recente del 2024 sul costo totale di proprietà, la maggior parte degli edifici spende effettivamente solo circa il 10% sui costi iniziali di costruzione, mentre quasi 7 dollari su 10 vanno spesi per le spese di manutenzione continua. Un altro vantaggio dei tetti in metallo, degno di nota, è la loro superficie riflettente che riduce le bollette di raffreddamento dal 10% al 25%. Pertanto, considerando sia la longevità che il risparmio energetico, il metallo si rivela chiaramente superiore in termini di opzioni economiche per i proprietari immobiliari che valutano investimenti a lungo termine.
L'analisi dei costi ciclici valuta i costi di acquisizione, installazione, manutenzione e smaltimento durante la vita utile di un materiale. Ad esempio:
| Materiale | Costo Iniziale (al m²) | Costo di Manutenzione (50 anni) | Costo di Smaltimento |
|---|---|---|---|
| Calcestruzzo | $90—$140 | $800—$1,200 | $30—$50 |
| Legno Incrociato Stratificato | $110—$160 | $300—$500 | $10—$20 |
Le ricerche indicano che i costi iniziali dei materiali rappresentano solo il 20—30% delle spese totali nel ciclo di vita, mentre la parte restante è legata alla manutenzione. L'applicazione preventiva di protezioni anticorrosione per l'acciaio o di sigillanti per il legno può ridurre i costi di manutenzione su 10 anni fino al 35%.
L'uso di componenti edilizi prefabbricati può ridurre i costi della manodopera nei cantieri dal 15 al 30 percento, oltre a dimezzare i tempi di progetto di circa il 20-40 percento, secondo quanto riportato da fonti del settore. Prendiamo ad esempio i pannelli modulari in calcestruzzo: questi consentono un risparmio di circa il 3-5 percento sugli sprechi di materiale, risultato notevole se paragonato all’abituale tasso di spreco del 10-15 percento tipico dei metodi tradizionali di getto in opera. Molti imprenditori edili dichiarano di raggiungere quasi il 30 percento di sprechi in meno quando integrano acciaio riciclato e prodotti in legno ingegnerizzato nei loro progetti. Questo comporta non solo minori costi di smaltimento, ma anche una riduzione della spesa per le materie prime. Tali approcci si allineano piuttosto bene ai principi dell’economia circolare. Riutilizzando i materiali in modo più efficace attraverso diversi progetti, il settore delle costruzioni potrebbe potenzialmente risparmiare circa 160 miliardi di dollari ogni anno, somma attualmente impiegata per gestire tutti questi rifiuti.
Il legno lamellare incrociato (CLT) è un prodotto in legno ingegnerizzato noto per la sua integrità strutturale e sostenibilità. Consente agli architetti di progettare forme creative e piani aperti riducendo al contempo gli sprechi di costruzione.
Le condizioni meteorologiche come umidità e variazioni di temperatura possono causare danni ai materiali da costruzione nel tempo. Una corretta selezione e trattamento durante la costruzione può aiutare a mitigare questi effetti.
L'acciaio è preferito per i design modulari grazie al suo elevato rapporto resistenza-peso e alla sua adattabilità. Le strutture prefabbricate in acciaio consentono una costruzione più rapida ed sono particolarmente utili nelle zone sismiche.
Sia il calcestruzzo che l'acciaio contribuiscono in modo significativo alle emissioni di gas serra, rappresentando circa il 60% delle emissioni provenienti dai materiali da costruzione. Innovazioni come i cementi miscelati e gli approcci basati sul ciclo di vita mirano a ridurre questi impatti.
