Innanzitutto, la presentazione: chi sei?
Sono nato in Valdichiana, ad Acquaviva di Montepulciano per la precisione, dove ho le mie radici, gli amici di una vita e la mia famiglia. Sono cresciuto tra un picio al sugo e un bicchiere di vino, come tutti gli abitanti di questa terra meravigliosa. Ho frequentato il Liceo Scientifico di Montepulciano; in quel periodo ho trascorso molto più tempo a giocare a calcio, ascoltare musica e suonare la batteria che a studiare. Penso che quella del liceo sia stata una delle fasi che hanno formato di più la mia personalità: si entra da adolescenti e se ne esce di fatto adulti, passando attraverso la scoperta di sé stessi, dei propri interessi e soprattutto del nostro rapporto con gli altri. Sono ancora fortemente legato alla Valdichiana, ai suoi abitanti ed alle sue manifestazioni, prima fra tutte il Live Rock Festival di Acquaviva, al quale cerco di dare ancora un piccolo contributo attivo ogni anno pianificando le mie ferie in anticipo.
Qual è stato il percorso che ti ha portato dalla Valdichiana a Cambridge?
Il percorso che mi ha portato dalla Valdichiana a Cambridge passa per tre città: Firenze, Londra e Manchester.
Ho conseguito una laurea triennale ed una laurea magistrale in Ingegneria Civile presso l’Università di Firenze, dove è nata la mia passione per la ricerca. Durante gli studi magistrali ho avuto la fantastica opportunità di studiare il comportamento sismico di edifici storici monumentali quali il Battistero di Firenze e la torre Cagnanesi a San Gimignano, in collaborazione con il dipartimento di Ingegneria dello UCL (University College London). Questa collaborazione mi ha permesso di lavorare alcuni mesi come ricercatore a Londra, dove il mio interesse per il mondo dei materiali e della ricerca in ingegneria strutturale si è invigorito ancor più.
A poche settimane dalla laurea magistrale sono partito per Manchester, dove ho ottenuto un dottorato in strutture dedicandomi al comportamento termomeccanico di centrali nucleari in calcestruzzo armato soggette a condizioni estreme. Durante gli ultimi due anni di dottorato a Manchester ho anche insegnato come docente del corso di Modellazione Parametrica di Strutture all’interno del corso di laurea triennale in Ingegneria Civile.
Tutto ciò mi ha portato, lo scorso novembre, a ad iniziare a lavorare all’Università di Cambridge come ricercatore associato.
Di cosa tratta il tuo progetto e come è nato?
Il progetto a cui lavoro, recentemente finanziato per circa 1.5 milioni di euro dall’ente pubblico EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council), nasce da una delle più grandi sfide che ci troviamo ad affrontare ai giorni nostri: il contenimento della minaccia del riscaldamento globale. L’idea fondamentale della ricerca è contribuire alla lotta al riscaldamento globale minimizzando l’uso del cemento su scala mondiale.
Il calcestruzzo è un materiale straordinario ed indispensabile per l’umanità, con un consumo mondiale stimato superiore ai 20 miliardi di tonnellate ed in continua crescita. In altri termini, è la sostanza più utilizzata al mondo dopo l’acqua. È un materiale composito formato prevalentemente da particelle di sabbia e ghiaia tenute insieme da un legante, la cosiddetta pasta di cemento, composta a sua volta da cemento ed acqua. Il cemento è quindi l’ingrediente chiave del calcestruzzo che vediamo pressoché ovunque intorno a noi.
A livello globale, la produzione industriale di cemento è responsabile del 7-8% delle emissioni di CO2 (diossido di carbonio) connesse ad attività umane, ovvero un’enorme porzione delle emissioni totali. Essendo le emissioni di CO2 la causa principale del riscaldamento globale, ridurre l’uso di cemento a scala mondiale rappresenta un’assoluta priorità ambientale, un’incredibile opportunità per contenere il pericolo di surriscaldamento del nostro pianeta. Il progetto si basa sull’idea di sviluppare tecniche volte alla minimizzazione dell’uso del cemento su due diverse scale: quella materiale e quella strutturale.
Ridurre l’uso di cemento a scala materiale significa progettare delle “ricette” di calcestruzzo che consentano di ottenere un materiale di alta qualità pur riducendo il quantitativo di cemento nell’impasto. In particolare, cerchiamo di minimizzare in maniera sostanziale il contenuto in cemento mantenendo inalterate quelle proprietà che fanno del calcestruzzo un materiale unico: resistenza, inerzia termica e durabilità nel tempo. Tutte queste proprietà sono strettamente connesse al rapporto tra i quattro ingredienti principali, nonché alla presenza di specifici additivi organici che, introdotti in piccole quantità nel mix, modificano le prestazioni del prodotto finale. La natura composita del calcestruzzo e la molteplicità dei processi chimici e fisici che hanno luogo nell’impasto durante la fase di indurimento del materiale, fanno del rapporto tra ricetta e prestazioni un dilemma tanto complesso quanto affascinante. Il nostro approccio al problema si basa su analisi di carattere multidisciplinare che spaziano dallo studio dei processi chimici che avvengono nella fase di indurimento del calcestruzzo, a quello dei fenomeni di danneggiamento meccanico e diffusione di umidità e calore all’interno del materiale indurito.
In parallelo, lavoriamo allo sviluppo di tecnologie volte alla riduzione dell’uso di calcestruzzo, e quindi di cemento, a livello strutturale. Ossia, cerchiamo di formulare nuovi metodi di progettazione strutturale che consentano di minimizzare il volume totale di calcestruzzo impiegato in strutture quali travature di ponti ed edifici civili, mantenendo inalterate le prestazioni delle strutture stesse. Il problema principale degli attuali metodi di progettazione, riportati nelle norme tecniche attuali ed utilizzati dagli ingegneri strutturali di tutto il mondo, risiede nella pressoché assenza del concetto di progettazione strutturale sostenibile. Le pratiche progettuali attuali hanno infatti come unico obiettivo quello di garantire la resistenza, e quindi la sicurezza, di elementi strutturali quali travi, pilasti, solai e pareti in calcestruzzo: trascurano la necessità di minimizzare l’uso di calcestruzzo. Nel nostro dipartimento sperimentiamo metodi che consentano di ottimizzare la geometria degli elementi strutturali, sfruttando a fondo le caratteristiche intrinseche del calcestruzzo e utilizzandolo solo dove strettamente necessario. Concettualmente, è un’arte simile a quella della scultura: si toglie materia nelle zone in cui la sua presenza è superflua, dove non porta alcun tipo di beneficio.
Qual è l’impatto ambientale del cemento comunemente usato nelle costruzioni edilizie?
Un dato che non lascia spazio ad interpretazioni è il seguente: per produrre di 1000 chilogrammi di cemento Portland, il cemento comunemente usato nelle costruzioni edilizie, si immettono in atmosfera 913 chilogrammi di CO2.
L’origine di queste emissioni risiede nelle metodologie produttive. In particolare le emissioni totali possono essere scomposte in due contributi di entità paragonabile:
• Le emissioni indirette, connesse ai consumi energetici di estrazione, trasporto e lavorazione delle materie prime.
• Le emissioni dirette, dovute alla al rilascio chimico di CO2 da parte delle materie prime in fase di “cottura”.
La polvere grigia che chiamiamo cemento è ottenuta in stabilimenti industriali partendo da materie prime naturali: rocce calcaree ed argillose. Una volta estratte dalla cava e trasportate in stabilimento, calcare ed argilla vengono macinati finemente e cotti fino a temperature di 1350-1400°C. La fase di cottura ha il fine di innescare reazioni chimiche che conferiscono al materiale la proprietà di “legante”, ovvero la capacità di indurire se combinato con acqua, e rilasciano CO2. Il prodotto della cottura viene poi ulteriormente macinato e miscelato a piccole quantità di agenti secondari per ottenere polvere di cemento.
Pertanto la produzione industriale di cemento ed il suo impiego per la realizzazione di elementi strutturali in calcestruzzo possono essere visti come un processo di rimodellazione artificiale di materiali rocciosi presenti in natura. Questo processo può essere realizzato solo a fronte in un significativo impatto ambientale.
In che modo si può minimizzare l’impatto ambientale dell’edilizia?
Progettisti, committenti e urbanisti hanno a disposizione una moltitudine di strumenti per rendere i nostri edifici, le nostre infrastrutture ed i nostri agglomerati urbani più sostenibili, ovvero in grado di essere realizzati, fruiti e rigenerati senza pregiudicare l’uso delle risorse del territorio alle prossime generazioni.
Attualmente, il tema centrale e preminente è quello del contenimento delle emissioni di CO2 legate ad ognuna delle fasi che compongono il ciclo di vita dell’edificio: costruzione, uso e dismissione. Negli scorsi decenni ci si è prevalentemente concentrati sulla riduzione delle emissioni connesse alla fase di uso dell’edificio, ovvero quelle associate all’energia utilizzata per il riscaldamento, il condizionamento e l’illuminamento dell’edificio stesso. Ciò ha portato allo sviluppo di tecnologie rinnovabili all’avanguardia, tecniche di isolamento termico super efficienti e componenti impiantistici ad alte prestazioni che permettono di abbattere considerevolmente le emissioni in fase d’uso. D’altra parte, credo che ci sia ancora molta strada da fare per quanto riguarda le emissioni connesse alle fasi di costruzione e dismissione dell’edificio. Tali emissioni rappresentano ad oggi il 30-40% delle emissioni globali e, in virtù del continuo perfezionamento delle tecniche di efficientemente energetico, si prevede possano presto diventare il contributo più significativo delle emissioni totali. È in questo contesto, ed in particolare in quello delle emissioni legate alla fase di costruzione di edifici in calcestruzzo, che si inserisce il progetto di ricerca a cui lavoro a Cambridge.
Un altro grande tema e quello della crescita urbanistica. Una delle piaghe maggiori dei tempi odierni è lo sviluppo incontrollato, “a macchia d’olio”, delle nostre periferie urbane. La continua migrazione verso la città fa sì che queste si espandano consumando, progressivamente, sempre più terreno vergine, in maniera del tutto insostenibile. In Europa abbiamo eccellenti esempi di risposta a questa tendenza. Londra, ad esempio, si è dotata di una cintura verde, la cosiddetta “Green Belt”, oltre la quale ha deciso di non espandersi, e continua a rigenerarsi su sé stessa, andando a riqualificare le sue aree degradate e dismesse e completandosi dall’interno. È un’idea di una crescita per implosione, anziché per esplosione, che ha portato e sta portando ad uno sviluppo organico e sostenibile della città.
Quanto è importante intervenire al fine di rendere il settore edilizio più sostenibile?
È una questione morale ed etica: l’idea che i cambiamenti climatici e le risorse del pianeta che lasceremo ai nostri figli e nipoti dipenderanno da noi dovrebbe farci riflettere. In questo senso, il settore edilizio ha un’enorme responsabilità. Pensiamo ad esempio al riscaldamento globale. Per causa nostra, il mondo si sta riscaldando ad una velocità allarmante. Se non cambieremo il nostro comportamento il surriscaldamento potrebbe portare a conseguenze gravissime come scioglimento dei ghiacci, l’innalzamento del livello dei mari, l’inondazione di città costiere, l’inaridimento delle foreste, l’estinzione di specie animali e l’aumento di eventi climatici estremi. Purtroppo è impossibile sapere con certezza come cambierà il clima nel futuro, ma possiamo prospettare un ventaglio di possibilità. Le attuali proiezioni vedono le temperature del nostro pianeta aumentare di un valore compreso tra 2°C e 6°C nei prossimi 100 anni. In altri termini, lo scenario può variare da grave, ma sotto controllo, a catastrofico, e l’effettiva evoluzione del sistema Terra dipenderà in maniera sostanziale da come ci comporteremo nei prossimi decenni.
Fonti:
http://gtr.rcuk.ac.uk/projects?ref=EP%2FN017668%2F1
https://www-structures.eng.cam.ac.uk/directory/giacomo-torelli
