Dottorato in INGEGNERIA STRUTTURALE E GEOTECNICA

Titolo della tesi: Design of innovative modular systems based on life cycle assessment and optimization of inter-modular connections.

L’attuale scenario internazionale evidenzia il cambiamento climatico come una sfida prioritaria, in particolare considerando le recenti direttive europee finalizzate a migliorare l’efficienza delle risorse nel settore edilizio. Infatti, il settore delle costruzioni è responsabile di circa il 36% delle emissioni globali di CO₂. Gli edifici modulari in acciaio emergono come una soluzione promettente per ridurre l'impatto ambientale grazie all'efficienza della prefabbricazione, alla riciclabilità dell'acciaio e alla possibilità di riutilizzare gli elementi. Tuttavia, l'elevato impatto di carbonio della produzione di acciaio rende necessaria l'ottimizzazione del suo utilizzo. Questo studio si concentra sulla valutazione del ciclo di vita (LCA) delle costruzioni modulari in acciaio, proponendo una metodologia per valutare l'uso ottimale del materiale in relazione ai requisiti di prestazione strutturale, al fine di valutare il carbonio incorporato nei materiali utilizzati, consentendo scelte progettuali più sostenibili. La metodologia viene applicata a un caso di studio modulare progettato secondo criteri architettonici definiti e valutato in base a parametri di sostenibilità quali le emissioni di carbonio, l'efficienza di assemblaggio, la riutilizzabilità, la resistenza al fuoco e le proprietà termiche e strutturali. Il caso di studio è utilizzato anche per analizzare diverse configurazioni di connessioni inter-modulare, componente chiave del comportamento complessivo del sistema. Partendo dalla revisione della letteratura, sono state proposte tre soluzioni di connessioni inter-modulare con plug-in verticali, valutate mediante analisi statiche non lineari (pushover) e cicliche. Alcuni risultati mostrano che, a parità di prestazioni strutturali, in alcuni casi l'acciaio è meno sostenibile di materiali alternativi, come ad esempio il legno X-Lam. Inoltre, il comportamento della connessione inter-modulare con plug-in verticale è fortemente influenzata dalla geometria della piastra di connessione orizzontale e dalla sua combinazione con altri elementi, come lo strato in gomma, detto strato resiliente, introdotto in una delle configurazioni proposte. Questo lavoro vuole contribuire al progresso di sistemi di costruzione modulari sostenibili e ad alte prestazioni, in linea con gli obiettivi globali di decarbonizzazione. Inoltre, individua i migliori compromessi tra semplicità costruttiva e prestazioni strutturali, partendo da una logica di comportamento definita per l'intero sistema.