Metodologie BIM per la progettazione integrata di interventi di riqualificazione e rinforzo strutturale orientati alla sostenibilità ambientale

L'attività  di ricerca descritta nella presente tesi di dottorato nasce dalla prima esperienza in Regione Campania di Dottorati in Azienda, finanziata con fondi Por Fse 2007-2013. In particolare, l'azienda che ha accolto con fervente entusiasmo e altrettanta professionalità  l'attività  di dottorato ਠl'Associazione Costruttori Edili di Napoli (ACEN). L'ACEN ਠun'associazione tra aziende private che opera nel settore delle costruzioni con finalità  di salvaguardia e tutela dell'imprenditoria, di sviluppo e progresso dell'industria delle costruzioni, di qualificazione professionale delle imprese del settore e del loro avanzamento tecnologico. Date le finalità  dell'Associazione, gli obiettivi dell'attività  di dottorato sono stati definiti durante diversi mesi di confronto e collaborazione tra il Dipartimento di Strutture per l'Ingegneria e l'Architettura e l'ACEN. Perseguendo il fine di un progetto vasto e comune, i costruttori hanno manifestato l'esigenza di implementare e indagare nuovi metodi e procedure che potessero rendere pi๠efficiente il processo edilizio e che fornissero strumenti per il monitoraggio e il controllo dei tempi e dei costi degli interventi edilizi. Il Dipartimento universitario, d'altro canto, seguendo il crescente interesse scientifico riferito allo sviluppo sostenibile nel settore delle costruzioni, hanno diretto le scelte verso lo studio e l'approfondimento di materiali e tecniche per l'edilizia con basso impatto ambientale. Pertanto si ਠcercato di interpretare le esigenze dei diversi soggetti coinvolti, stabilendo di approfondire alcune tematiche che, attualmente, governano la scena mondiale del settore delle costruzioni, quali la progettazione integrata e lo sviluppo sostenibile. Quest'ultimi principi rappresentano, appunto, i due fili conduttori che hanno ispirato le diverse attività  descritte nei capitoli di cui la tesi si compone nonchà©, chiaramente, il titolo del presente lavoro: "Metodologie BIM per la progettazione integrata di interventi di riqualificazione e rinforzo strutturale orientati alla sostenibilità  ambientale". Il Building Information Modeling (BIM), ਠuna metodologia di progettazione e gestione delle opere civili che permette l'integrazione in un modello 3D, unico e condiviso, di tutti i livelli di progettazione quali architettonico, strutturale ed impiantistico, mediante una modellazione parametrica ad oggetti. Ogni oggetto non ਠpi๠una mera rappresentazione grafica, riconoscibile per mezzo di dettagli o legende, ma un elemento 3D ricco di informazioni di vario genere che descrivono il comportamento meccanico, termico e funzionale dell'oggetto fino ad arrivare a dettagli specifici come il costo, il produttore, la provenienza e lo stato manutentivo dello stesso. Le forti potenzialità  del BIM nell'archiviazione e gestione delle informazioni generate durante tutto il processo edilizio, dalla fase di ideazione di un'opera, passando per la progettazione e la realizzazione fino alla sua fase di uso, identifica tale metodologia come strumento a supporto della gestione di tutto il ciclo di vita delle opere civili. Il BIM risponde a pieno alle esigenze delle imprese di costruzioni che oggi si trovano ad affrontare realizzazioni di opere sempre pi๠complesse con una richiesta di prestazioni sempre pi๠elevata in uno scenario di crisi del settore. Pertanto, il controllo accurato delle quantità , dei costi e il monitoraggio contestuale dei tempi, tramite la gestione del cronoprogramma integrata con il modello BIM, sono le potenzialità  che maggiormente hanno catturato l'interesse da parte di ACEN nell'affrontare questo tema di ricerca. L'attività  di studio e ricerca sul BIM ਠstata integrata al tema dello sviluppo sostenibile del settore delle costruzioni, incentrato sull'implementazione di strumenti a supporto dei professionisti per facilitare il processo di decision making in un'ottica di riduzione degli impatti ambientali delle opere civili. La sostenibilità  e l'eco-compatibilità  dei materiali e dei processi produttivi dell'edilizia, sono oggi criteri che influenzano tutto il settore, a partire dalle strategie politiche di investimento fino a diventare parametri di preferenza per l'aggiudicazione di gare d'appalto. Da alcuni anni si sono infatti sviluppati diversi strumenti per la valutazione e la certificazione della sostenibilità  nel campo dell'edilizia, come i sistemi di rating (es. LEED e Itaca), che risultano molto utilizzati anche nella pratica professionale. Un'altra metodologia che sta avendo una forte affermazione nel settore edilizio, soprattutto nell'industria di prodotto, ਠil Life Cycle Assessment (LCA). Tale strumento permette di valutare gli impatti sull'ambiente di un prodotto o un processo, durante tutto il suo ciclo di vita, tenendo conto della fase di estrazione dei materiali, della fase di produzione e/o realizzazione, della fase di uso e, infine, della fase di dismissione o riciclo. Tale approccio alla valutazione degli impatti ambientali ਠanche noto come "from cradle to grave", espressione anglosassone che evidenzia in maniera esaustiva la filosofia life cycle-oriented. La metodologia LCA ਠdunque molto diffusa per la valutazione degli impatti sull'ambiente dei singoli materiali o dei processi produttivi industriali, ma non ਠancora molto utilizzata per valutare gli impatti di sistemi complessi come le opere civili. Quest'aspetto, approfondito durante la trattazione, ਠdeterminato dalla forte complessità  nel condurre tali analisi e dall'enorme quantità  di dati e di informazioni da reperire e gestire. La gestione della complessità  delle analisi LCA attraverso gli strumenti offerti dalla progettazione integrata BIM rappresenta sicuramente il minimo comune denominatore di tutte le attività  seguite, svolte ed infine rappresentate nel presente elaborato. L'obiettivo di gestire valutazioni di impatto ambientale LCA-based con la metodologia BIM ਠquello di ampliare il campo delle ipotesi progettuali e del decision making degli operatori del settore delle costruzioni in modo tale da progettare e realizzare opere volte al minor impatto sull'ambiente. Un altro caso applicativo, di tale integrazione, ਠstato trattato con riferimento al consolidamento degli edifici esistenti ed in particolare alla valutazione di LCA di diverse tecniche di intervento per il rinforzo sismico per il raggiungimento del miglioramento e adeguamento sismico. E' ben noto che in Italia il patrimonio edilizio ਠcaratterizzato da un'elevata vulnerabilità  e gli ultimi eventi sismici, che hanno interessato il territorio nazionale, hanno confermato tale stato di degrado. Sebbene alcune aree italiane siano state classificate come sismiche già  dalle ultime decadi del ventesimo secolo, negli edifici esistenti, si riscontrano sistematicamente regole sismiche di progetto obsolete che non sono in grado di assicurare un adeguato livello di sicurezza. Le strutture in cemento armato, realizzate prima delle moderne norme antisismiche, che rappresentano una parte significativa dell'edilizia italiana, sono state progettate per resistere primariamente ai carichi verticali, il che comporta scarsa qualità  dei materiali, mancanza di cura nei dettagli costruttivi e soprattutto una ridotta quantità  di armatura trasversale. I dati ISTAT del 14° censimento della popolazione e degli edifici hanno rilevato che per il solo costruito in cemento armato il 35% degli edifici sono stati costruiti prima dell'emanazione della Legge 2/2/74 n.64, in cui compaiono le prime disposizioni in materia antisismica. Il dato diventa ancora pi๠allarmante se si considera che solo nel 2003, con l'emanazione dell'O.P.C.M. 3274, ਠstata effettuata una riclassificazione sismica del territorio italiano e sono comparse prescrizioni sismiche di moderna concezione. E' lecito ritenere che la maggior parte delle strutture esistenti soffrono di carenze strutturali e quindi necessitano di interventi di rinforzo sismico. Tuttavia il forte interesse per la riqualificazione degli edifici esistenti non nasce solo da una spingente necessità  strutturale ma anche dall'andamento degli investimenti nell'industria delle costruzioni.