Impatto del danneggiamento sismico sull'analisi a ciclo di vita di un edificio in cemento armato con tamponature in AAC

The construction sector is responsible for a significant share of resource consumption and greenhouse gas emissions, making it increasingly necessary to combine traditional structural safety requirements with an assessment of the environmental performance of buildings throughout their entire life cycle. In areas characterized by significant seismic hazard, this assessment should also consider the environmental consequences associated with earthquake-induced damage, since repair, replacement, and reconstruction activities require additional materials and resources and generate emissions that may not be explicitly considered in conventional assessments. In this context, this thesis analyzes the influence of seismic damage on the environmental performance of a reinforced concrete residential frame building with autoclaved aerated concrete (AAC) infills, designed according to current building codes and located in L’Aquila, Italy. The main objective is to integrate the assessment of the seismic response of the building with Life Cycle Assessment (LCA), establishing a quantitative relationship between damage, intervention strategies, and the resulting carbon emissions. For this purpose, a nonlinear numerical model of the building was developed, explicitly considering the contribution of the AAC infills. The seismic response was evaluated through nonlinear dynamic analyses using a multi-stripe approach, considering ten intensity levels and twenty ground-motion records for each level, for a total of 200 analyses. The damage states of the structural elements and infills were associated with specific repair, replacement, or reconstruction strategies, which were then converted into material quantities and related environmental impacts. The results highlight the different contributions of the two subsystems: the AAC infills are affected by interventions at lower intensity levels and with greater frequency, whereas the structural elements, when involved, result in higher environmental impacts. The integration of the consequences associated with seismic damage into the overall assessment further shows that the contribution of post-earthquake interventions accounts for approximately 1.4% of the case study’s Whole Life Carbon, representing a quantitatively limited contribution compared with the main life-cycle components. The work therefore highlights how seismic performance can also influence the environmental performance of the building. The ability to limit damage can indeed reduce the need for subsequent interventions and, consequently, the consumption of new materials and the associated emissions, highlighting the value of integrating seismic resilience and environmental sustainability into the assessment of buildings throughout their service life.

Il settore delle costruzioni è responsabile di una quota significativa del consumo di risorse e delle emissioni di gas climalteranti, rendendo sempre più necessario affiancare ai tradizionali requisiti di sicurezza strutturale una valutazione delle prestazioni ambientali degli edifici lungo il loro intero ciclo di vita. Nelle aree caratterizzate da significativa pericolosità sismica, tale valutazione dovrebbe considerare anche le conseguenze ambientali associate al danneggiamento prodotto dai terremoti, poiché gli interventi di riparazione, sostituzione e ricostruzione comportano un ulteriore consumo di materiali e risorse e generano emissioni che le valutazioni convenzionali possono non rappresentare esplicitamente. In questo contesto, il presente lavoro di tesi analizza l’influenza del danneggiamento sismico sulla prestazione ambientale di un edificio residenziale intelaiato in calcestruzzo armato con tamponature in calcestruzzo aerato autoclavato (AAC), progettato secondo le attuali normative e localizzato a L’Aquila. L’obiettivo è integrare la valutazione della risposta sismica dell’edificio con il Life Cycle Assessment (LCA), stabilendo una relazione quantitativa tra danneggiamento, strategie di intervento e conseguenti emissioni di carbonio. A tale scopo, è stato sviluppato un modello numerico non lineare dell’edificio, considerando esplicitamente il contributo delle tamponature in AAC. La risposta sismica è stata valutata mediante analisi dinamiche non lineari secondo un approccio multi-stripe, considerando dieci livelli di intensità e venti accelerogrammi per ciascun livello, per un totale di 200 analisi. Gli stati di danno degli elementi strutturali e delle tamponature sono stati associati a specifici interventi di riparazione, sostituzione o ricostruzione, successivamente tradotti in quantità di materiali e relativi impatti ambientali. I risultati evidenziano un differente contributo dei due sottosistemi: le tamponature in AAC risultano interessate dagli interventi a intensità inferiori e con maggiore frequenza, mentre gli elementi strutturali, quando coinvolti, determinano conseguenze ambientali più elevate. L’integrazione delle conseguenze associate al danneggiamento sismico nel bilancio complessivo mostra inoltre che il contributo degli interventi post-sisma rappresenta circa l’1,4% del Whole Life Carbon del caso studio, risultando quantitativamente contenuto rispetto alle principali componenti del ciclo di vita. Il lavoro evidenzia pertanto come la prestazione sismica possa influenzare anche la prestazione ambientale dell’edificio. La capacità di limitare il danneggiamento può infatti ridurre la necessità di successivi interventi e, conseguentemente, il consumo di nuovi materiali e le emissioni associate, evidenziando l’utilità di integrare resilienza sismica e sostenibilità ambientale nella valutazione degli edifici lungo la loro vita utile.