Building foundation: design decisions and their impact on the sustainability outcome

The construction sector is a major contributor to global greenhouse gas emissions, with growing attention being directed toward reducing embodied carbon in buildings. While much of the existing research focuses on superstructures, substructures and foundation systems remain comparatively underexplored despite their high material demand and environmental impact. This thesis investigates how design decisions in foundation influence embodied carbon outcomes, using a real data center project in Milan as a case study. A Life Cycle Assessment (LCA) approach was adopted in accordance with European standards and carbon management guidance. The analysis focuses on product-stage emissions (A1–A3) and compares foundation quantities at different design stages, alongside alternative backfilling strategies. Material quantities were derived from project documentation, and emission factors were obtained from recognized carbon databases to ensure methodological consistency. The results demonstrate that design refinement, improved geotechnical information, and enhanced modelling approaches can lead to measurable reductions in embodied carbon, even when the overall structural concept remains unchanged. Furthermore, the comparison of backfilling strategies highlights how material selection decisions in backfilling can significantly influence carbon outcomes. Overall, the study confirms that early-stage design decisions in substructure systems play a critical role in determining embodied carbon performance. Integrating carbon assessment into geotechnical and foundation design processes can support more informed decision-making and contribute to more sustainable construction practices.

Il settore delle costruzioni è uno dei principali responsabili delle emissioni globali di gas serra e cresce l’attenzione verso la riduzione del carbonio incorporato (embodied carbon) negli edifici. Mentre gran parte della ricerca esistente si concentra sulle sovrastrutture, le sottostrutture e i sistemi di fondazione risultano relativamente poco esplorati, nonostante l’elevato impiego di materiali e il conseguente impatto ambientale. Questa tesi analizza come le scelte progettuali relative alle fondazioni influenzino i risultati in termini di carbonio incorporato, utilizzando come caso studio un data center reale a Milano. È stato adottato un approccio di Life Cycle Assessment (LCA) in conformità agli standard europei e alle linee guida per la gestione del carbonio. L’analisi si concentra sulle emissioni della fase di prodotto (A1–A3) e confronta le quantità di fondazione in diverse fasi di progettazione, insieme a strategie alternative di rinterro (backfilling). Le quantità di materiale sono state ricavate dalla documentazione di progetto e i fattori di emissione sono stati ottenuti da banche dati riconosciute, al fine di garantire coerenza metodologica. I risultati mostrano che il perfezionamento del progetto, il miglioramento delle informazioni geotecniche e approcci di modellazione più avanzati possono portare a riduzioni misurabili del carbonio incorporato, anche quando il concetto strutturale complessivo rimane invariato. Inoltre, il confronto tra le strategie di rinterro evidenzia come le decisioni di selezione dei materiali per il backfilling possano influenzare in modo significativo gli esiti in termini di carbonio. Nel complesso, lo studio conferma che le decisioni prese nelle fasi iniziali della progettazione dei sistemi di sottostruttura svolgono un ruolo cruciale nel determinare la prestazione in termini di carbonio incorporato. Integrare la valutazione del carbonio nei processi di progettazione geotecnica e delle fondazioni può supportare decisioni più informate e contribuire a pratiche costruttive più sostenibili.