Advances in assessing the sustainability of geotechnical ground improvement processes

The urbanization of the planet is accelerating. This megatrend, combined with the impetus of population growth and resources scarcity, continuously requires new infrastructure and housing and expansion and renovation of the existing assets; this often leads to the development of 'underground' urban planning solutions; it is a fact: nowadays, there is a whole range of flows (of people, goods, water, energy, waste, etc.) that are exploiting underground infrastructures. The construction techniques of these infrastructures are becoming increasingly sophisticated and efficient. However, there is still no corresponding related evolution in terms of sustainability and reduction of the impact on the environment. In particular, the tools for integrated assessment of these techniques' sustainability (in social, environmental, and economic terms) are minimal because the underground 'engineering ecosystem' is young and primarily calibrated on specific needs, in other words: prototypical. At the same time, however, construction ecosystem stakeholders find themselves more and more frequently having to deal with green procurement systems (for instance, the Green Procurement System supported by the EU, that stimulate the sector to report operational choices (technological, productive, organizational) aimed at reducing environmental impacts and 'certifying' the existence of a corporate strategy oriented towards sustainability. The purpose of this research is to develop a simple methodology that allows the evaluation of the sustainability and the environmental (and social) impact of ground improvement and geotechnical works in the light of the UE Green Deal, globally recognized sustainability rating protocols and quantitative analytical methods based on life cycle thinking. The proposed three-phased framework is applied to ground improvement techniques that are essential for the underground construction industry, allowing for improving the sustainability of the single technology or comparing (and developing) alternatives among different options. The assessment is focused on cradle-to-gate life cycle phases. It highlights material, consumption, and impact aspects and opportunities that would not be considered in a traditional design and construction approach.

Il ritmo con cui le persone si spostano e vivono nelle città sta accelerando in tutto il mondo. Ormai più della metà della popolazione del pianeta si è inurbato. Questo megatrend, combinato con l’impulso della crescita demografica e della scarsità di risorse, richiede continuamente nuove infrastrutture e alloggi, così l’espansione e il rinnovamento delle infrastrutture della vita quotidiana esistenti; questo conduce sempre più spesso allo sviluppo di soluzioni urbanistiche “in sotterraneo”: è un dato di fatto che nel mondo di oggi esistono tutta una serie di flussi (di persone, di merci, di acqua, di energia, di rifiuti, ecc.) che si fondano su infrastrutture di rete sotterranee. Si prevede che questo megatrend continui per tutto il 21° secolo. Questi tipo di infrastrutture viene costruito utilizzando metodi che diventano sempre più tecnicamente avanzati ed efficienti sia in termini di tempi, sia di qualità della realizzazione. Allo stesso tempo, però, non si è rilevata una corrispondente evoluzione in termini di diminuzione dell'impatto sull'ambiente o di sostenibilità di queste stesse realizzazioni. Poiché l'"ecosistema ingegneristico" sotterraneo è ancora ‘giovane’ e per lo più concentrato su richieste specifiche o ,per meglio dire, prototipiche, gli strumenti per la valutazione integrata della sostenibilità delle costruzioni in sotterraneo (in termini di impatto sociale, ambientale ed economico) sono ancora poco sviluppati. In particolare, esistono poche metodologie dedicate alla valutazione integrata della sostenibilità delle infrastrutture sotterranee. Di fatto però, le parti interessate all’ecosistema delle costruzioni, sono sempre più spesso chiamate ad occuparsi di sistemi/criteri di appalto ‘green’ o basati su criteri di selezione che premiano la sostenibilità delle soluzioni costruttive. Questi sistemi e criteri, come il Green Procurement System sostenuto dalla UE, spingono l’industria a rendicontare scelte operative (tecnologiche, produttive, organizzative) orientate a ridurre gli impatti ambientali e a “certificare” l’esistenza di una strategia aziendale che punta alla sostenibilità. Alla luce del Green Deal dell’Unione Europea, di protocolli di valutazione della sostenibilità riconosciuti internazionalmente e dei metodi analitici quantitativi basati sul ‘life cycle thinking’, l’obiettivo di questa ricerca è quello di sviluppare una metodologia che consentirà la valutazione della sostenibilità e dell’impatto ambientale, economico e sociale delle tecniche di costruzione in sotterraneo e, in particolare, delle tecniche di miglioramento e consolidamento delle caratteristiche dei terreni. Viene proposta una metodologia in tre fasi che consente sia di migliorare la fattibilità a lungo termine della singola tecnologia, sia di confrontare tra loro più alternative di processo. La valutazione si concentrerà sull’intero ciclo di vita della tecnica applicata, considerandone i flussi di energia e di materiale dalla fase iniziale (di estrazione e produzione) fino alla messa in opera. Questa metodologia consente di mettere in luce le diverse opzioni in termini performance tecnica, impatto ambientale e sociale, consumo ed efficienza operativa che normalmente non entrano a far parte delle tradizionali valutazioni basate su performance tecnica, tempi e costi.