Circularity and design : material reuse and sustainable practices in Architecture

This thesis explores the application of circular economy principles and material reuse in designing an outdoor temporary structure. Starting from the challenge provided by the Summer Workshop, titled “Whispers from a Summer Nest”, which was organized by Professor Iuorio at the Politecnico di Milano in July 2024 , in collaboration with University of Antwerp and ETH Zürich, this work aims to question and advance the reuse of building components in architecture, while aligning with the EU Waste Hierarchy to prioritize and extend materials’ life cycle . The study examines historical reuse practices, from ancient civilizations to modern examples, demonstrating the value of extending material lifecycles. It investigates upstream and downstream reuse strategies, the concept of stock-constrained design , its opportunities , limitations , and optimization methods for designing structures with reusing load-bearing components. Starting from the "Whispers from a Summer Nest" workshop, which provided a hands-on application for design based on constrained materials, this work develops a range of possible design projects, to compare conventional design approaches and computational-based design tools. For the computational design, digital tools have been used together with "Phoenix3D" a new computational design tool developed within the StructuralXploration Lab at EPFL, that allow optimization in the use of reclaimed materials while considering structural performance and environmental impact. Overall four design options were developed and compared. The computational approaches resulted in a new workflow for gridshell-like structures, addressing challenges inherent in stock-constrained design. This research highlights the shift toward circular economy practices in early stages of architectural and structural design , achieving significant reductions in waste and emissions. It provides practical strategies for integrating reclaimed materials and outlines pathways for material cataloging, optimizing workflows, and addressing the complexities of reuse focused constructions.

Questa tesi esplora l’applicazione dei principi dell’economia circolare e del riutilizzo dei materiali nella progettazione di una struttura temporanea . Partendo dalla sfida proposta dal workshop estivo intitolato “Whispers from a Summer Nest”, organizzato dal Professor Iuorio presso il Politecnico di Milano a luglio 2024, in collaborazione con l’Università di Anversa e l’ETH di Zurigo, questo lavoro si propone di mettere in discussione e avanzare il riutilizzo dei componenti edilizi in architettura, allineandosi alla gerarchia dei rifiuti dell’UE per dare priorità al riutilizzo e prolungare il ciclo di vita dei materiali. Lo studio esamina le pratiche storiche di riutilizzo, dalle civiltà antiche a esempi moderni, dimostrando il valore dell’estensione del ciclo di vita dei materiali. Esplora strategie di riutilizzo a monte e a valle, i concetti di progettazione vincolata dallo stock di materiali e componenti, discutendone opportunità, limitazioni e metodi di ottimizzazione per progettare strutture a partire dal riutilizzo di componenti esistenti. Partendo dal workshop "Whispers from a Summer Nest", che ha fornito un’applicazione pratica per la progettazione basata su materiali di riuso, questo lavoro sviluppa una gamma di possibili progetti di design per confrontare approcci progettuali convenzionali e strumenti di progettazione computazionale. Per la progettazione computazionale, sono stati utilizzati strumenti digitali insieme a "Phoenix3D", un nuovo strumento di progettazione computazionale sviluppato presso lo Structural Xploration Lab dell’EPFL, che consente l’ottimizzazione nell’uso dei materiali recuperati considerando le prestazioni strutturali e gliimpatti ambientali. In totale sono state sviluppate e confrontate quattro opzioni di design. Gli approcci computazionali hanno portato a un nuovo flusso di lavoro per strutture simili a gridshell, affrontando le sfide intrinseche della progettazione vincolata dallo stock di materiali. Questa ricerca evidenzia l’impatto che pratiche di economia circolare possono avere nelle prime fasi della progettazione architettonica e strutturale, evidenziando le significative riduzioni di rifiuti ed emissioni che si possono ottenere. Questo lavoro fornisce strategie pratiche per integrare materiali recuperati e delinea percorsi per la catalogazione dei materiali, l’ottimizzazione dei flussi di lavoro e la gestione delle complessità nelle costruzioni focalizzate sul riutilizzo.