La gestione dei problemi ambientali ed economici delle macerie da costruzione è una importante questione per l’industria delle costruzioni, perché deve soddisfare le esigenze di uno sviluppo sostenibile, in particolare quella relativa all’impatto ambientale. Il riutilizzo di materiali riciclati da demolizione o da scarti di lavorazione può limitare l’estrazione di materie prime, contribuendo così alla salvaguardia dell’intero patrimonio dei depositi naturali, il cui sfruttamento è sempre più complesso e soggetto a forti vincoli normativi.

I principali problemi ambientali connessi con l’industria delle costruzioni sono stati ben esemplificati da Farinelli et al [1] nel 2005: “la costruzione prende il 50% delle materie prime dalla natura, consuma il 40% dell’energia totale e produce il 50% del totale dei rifiuti”.

Dopo la demolizione di elementi in calcestruzzo, provenienti da edifici, sovrastrutture ed infrastrutture stradali e manufatti di scarto nella produzione di elementi prefabbricati, le macerie prodotte sono spesso considerate inutili e quindi smaltite come rifiuto inerte. Raccogliendo il materiale e frantumandolo si ottengono gli aggregati riciclati, che rappresentano una opzione valida per sostituire gli aggregati naturali nel confezionamento di calcestruzzo.

L’impiego di aggregati riciclati risale alla fine della seconda guerra mondiale, quando vi era una enorme quantità di edifici e strade demolite ed un forte bisogno sia di eliminare il materiale di rifiuto, sia di ricostruire. In tempi successivi, l’uso degli aggregati riciclati si è ridotto drasticamente; solo negli anni settanta gli Stati Uniti iniziarono a reintrodurre l’uso di aggregati riciclati per impieghi non strutturali, come materiale di riempimento e per le fondazioni. Ma, da quel momento, la comunità scientifica internazionale inizia ad affrontare la possibilità di impiegare gli aggregati riciclati nel calcestruzzo (detto calcestruzzo riciclato). La questione è ancora oggi aperta ed è oggetto di approfondititi studi e ricerche applicate che vedono un fortissimo interesse da parte dell’intera società in tutti i Paesi del mondo.

È noto che le proprietà dell’aggregato riciclato siano decisamente influenzate dalla presenza della malta residua aderente, che ne determina prestazioni chimiche-fisiche-meccaniche inferiori rispetto all’aggregato naturale. La sostituzione nel calcestruzzo di aggregati naturali con aggregati riciclati produce una riduzione della resistenza alla compressione, della resistenza a trazione per flessione e del modulo elastico, probabilmente a causa della zona di transizione interfacciale indebolita dai residui di malta. Mentre la resistenza a trazione per splitting risulta equivalente o talvolta superiore.

Le prove su elementi strutturali in calcestruzzo riciclato, in scala reale vedi Figura 1, dimostrano invece che la presenza di aggregati riciclati non influenza la loro capacità resistiva, come contrariamente risulta dalle prove sopra citate su provini standard di piccola dimensione (ad esempio cubi standard di lato 150 mm). Anche le prestazioni a collasso di elementi inflessi in calcestruzzo riciclato armato, che sono governate essenzialmente dallo snervamento delle armature e dalla loro capacità deformativa, non appaiono essere diverse da quelle ottenute con calcestruzzi realizzati con aggregati naturali.

La Direttiva 2008/98/CE prevede che nel 2020 si debba raggiungere l’obiettivo del 70% del riciclo dei rifiuti da costruzione e demolizione. Sebbene oggi non esistano impedimenti tecnico scientifici per il loro utilizzo, in realtà in Italia (e quindi anche in Sardegna), l’utilizzo di materiali provenienti dal recupero è soggetto a forti ostacoli. Uno dei problemi principali riguarda i cantieri dei lavori pubblici e privati, dove spesso i capitolati sono una barriera insormontabile per gli aggregati riciclati. Infatti in molti capitolati è previsto l’obbligo di utilizzo di alcune categorie di materiali, nelle quali raramente si annoverano quelli provenienti dal riciclo. Esistono tuttavia buone pratiche adottate nel territorio nazionale che dimostrano che si possa intervenire con l’utilizzo di questi materiali in situazioni molto diverse fra loro. Come esempi virtuosi si possono citare il Palaghiaccio di Torino, il Molo del Porto di La Spezia ed il tratto autostradale dell’A4 (detto Passante di Mestre). La Provincia di Trento è uno dei migliori esempi in Italia, vista la pubblicazione di un capitolato tecnico per l’uso dei riciclati nei lavori di manutenzione pubblica, con le schede prodotto e l’elenco prezzi, destinato proprio a promuovere tra gli addetti ai lavori questo tipo di materiali.

Figura 1 Blocchetti (sinistra) e piastre (destra) realizzate con calcestruzzi con aggregati riciclati.

 

 

 

L’utilizzo di aggregati riciclati per la realizzazione di strutture e infrastrutture risponde appieno alla strategia Zero Rifiuti (Zero Waste) nella quale i rifiuti non sono considerati scarti ma come risorse da riutilizzare come materie prime-seconde, in contrapposizione alle pratiche che necessariamente prevedono processi di incenerimento o conferimento in discarica. In questo modo si può progettare una vita ciclica dei rifiuti con la conseguenza dell’annullamento o diminuzione sensibile della quantità di materiali di scarto da smaltire. Questo approccio si interfaccia molto bene anche con le strategie di difesa del suolo per la riduzione del rischio idrogeologico. Infatti, la riduzione dello sfruttamento di cave per aggregati naturali, conseguente all’utilizzo dei materiali riciclati, consente di salvaguardare l’equilibrio idrogeologico. Inoltre la trasformazione delle discariche in centri di riciclaggio ha un primo immediato effetto nella riduzione del consumo di suolo, ma è anche un’opportunità di sviluppo sociale ed economico per il territorio, con la creazione di una nuova economia basata sul riciclo.

L’impiego di aggregati riciclati è in linea anche con i principi della certificazione LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) secondo i quali sono previsti sistemi ecologici per la costruzione e la ristrutturazione degli edifici e delle infrastrutture. Energia ed inquinamento sono oramai i poli attorno ai quali si costruirà il futuro non solo dei paesi industrializzati, ma anche di quelli in via di sviluppo. Costruire risparmiando energia e salvaguardando il benessere ambientale e delle persone, è dunque il futuro del mondo delle costruzioni. L’incremento dei modelli di lavoro edilizio basati sugli standard LEED apre interessanti prospettive occupazionali per i giovani e non solo, permettendo anche a piccole imprese di scoprire nuove ambiti di mercato. È necessaria tuttavia una decisiva crescita delle iniziative pubbliche nella direzione di politiche d’incentivo, secondo i nuovi standard ecologici. All’impiego di materiali riciclati dovrebbero essere associate premialità in sede di gare d’appalto e defiscalizzazione invece per i privati.

Il Gruppo di Ricerca del Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale ed Architettura (DICAAR) dell’Università degli studi di Cagliari ha iniziato ad affrontare questa tematica già nel 2000 e dal 2012 ha istaurato una collaborazione scientifica con l’Università di Oviedo, offrendo contributi e competenze nelle attività di ricerca dei Progetti Nazionali Spagnoli. In questo ambito sono state condotte campagne sperimentali che hanno avuto molteplici obiettivi: qualificazione delle prestazioni degli aggregati riciclati prelevati da impianti di riciclaggio; definizione dei mix design del calcestruzzo con differenti percentuali di sostituzione di aggregati naturali con aggregati riciclati; caratterizzazione fisico meccanica dei calcestruzzi riciclati; comportamento sperimentale tenso-deformativo di elementi in calcestruzzo armato riciclato. Fra i principali risultati ottenuti, il gruppo di ricerca ha mostrato che la buona pratica di utilizzare aggregati riciclati provenienti da impianti di riciclaggio, consente di ottenere calcestruzzi con prestazioni fisico meccaniche idonee per essere impiegati anche in ambito strutturale, vedi [2-9].

Si intende evidenziare invece che gli studi teorico sperimentali, riportati nella letteratura tecnica internazionale, privilegiano l’impiego di aggregati riciclati ottenuti dalla frantumazione di calcestruzzo con caratteristiche di confezionamento e di resistenza totalmente note, mentre gli aggregati prelevati dagli impianti di riciclaggio sono prodotti con calcestruzzo del quale non si conosce né lo stato di conservazione, né le caratteristiche resistive.

Il lavoro sinergico sviluppato in questi anni dal DICAAR e le aziende operanti nel territorio ha avuto un ruolo fondamentale per lo sviluppo di questa linea di ricerca, con l’evidente vantaggio, non solo nel poter applicare nell’immediato le conoscenze ed i risultati ottenuti, ma anche nel mutuo scambio di informazioni utili ad evidenziare le criticità ed a trovare soluzioni innovative.

Infine è bene rimarcare che un nodo cruciale per l’utilizzo di questi materiali è quello della sensibilizzazione degli Enti Territoriali e gli Operatori del Territorio relativamente alle potenzialità di impiego economico ed ecosostenibile degli inerti riciclati per le strutture e infrastrutture (costruzione ex-novo, ristrutturazione e manutenzione). È necessario rendere disponibili Capitolati tecnici, schede di prodotto ed elenco prezzi riferiti agli aggregati riciclati, ai calcestruzzi riciclati ed in generale alla realizzazione, ristrutturazione e manutenzione delle costruzioni con calcestruzzo riciclato. Tali documenti rappresentano la condizione necessaria per l’effettivo impiego.

 

Luisa Pani1, Lorena Francesconi1, Flavio Stochino 1,2

1 Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura, Università degli studi di Cagliari
2 Commissione strutture, Ordine degli Ingegneri di Cagliari

 

Bibliografia

  1. Farinelli, U., Johanssona, T.B., McCormick, K.,, Mundaca, L., Oikonomou, V., Örtenvik, M., Patel, M., Santi, F. ‘‘White and Green: comparison of market-based instruments to promote energy efficiency”. Journal of Cleaner Production 13 (10–11), 2005, 1015–1026.

  2. Pani, L., Francesconi, L., Concu, G.“Influence of replacement percentage of recycled aggregates on recycled aggregate concrete properties” Fib Symposium Prague 2011, 8-10 June 2011, ISBN 978-80-87158-29-6.

  3. Pani, L., Francesconi, L., Concu, G. “Relation between Static and Dynamic Moduli of Elasticity for Recycled Aggregate Concrete”, First International Conference on Concrete Sustainability 27-29 May 2013 Tokyo, ISBN 978-4-86384-041-6 (-C3050), pp 676-681.

  4. Pani L., Francesconi L. “Ultrasonic Test on Recycled Concrete: Relationship among Ultrasonic Waves Velocity, Compressive Strength and Elastic Modulus” Advanced Material Research (Volume 894) Cap. 2, Edit by Zhihua and JieXu, DOI 10.4028/www.scientific.net/AMR.894.45, pages 45-49. February, 2014.

  5. Mei G., Balletto G., Francesconi L., Furcas C., Naitza S., Pani L., Trulli N.“Reuse of Construction and Demolition Wastes (CDW). The Case of Sardinia Island (Italy)”, Crete 2014 4th International Conference Industrial and Hazardous Waste Management, Crete Sept 2014, ISBN 978-960-8475-20-5, ISSN 22413138.

  6. López Gayarre F., Fernández Arias P.J., López-Colina Pérez C., Serrano López M., Pani L. “Influence of Ceramic Recycled Aggregates on the Properties of Prestressed Precast Concrete Elements” Proceedings Sardinia 2015, Fifteenth International Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 5 – 9 October 2015, Publisher by CISA, Coop. Libraria Editrice Università di Padova, ISBN 9788862650212, ISSN 2282-0027,

  7. Pani L., Francesconi L. “Punching shear strength of reinforced recycled concrete slabs” In Insights and Innovations in Structural Engineering, Mechanics and Computation (ed. A. Zingoni), Taylor & Francis Group, London, 2016, pp. 1338-1343. ISBN 978-1-138-02927-9. Proceedings of the Sixth International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation (SEMC 2016), 5-7 September 2016, Cape Town, South Africa.

  8. Francesconi L., Pani L., Stochino F. “Punching shear strength of reinforced recycled concrete slabs” Construction and Building Materials 127 (2016) 248–263. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.094 0950-0618/ 2016.

  9. Pani L., Francesconi L., Stochino F., Mistretta F. “Experimental study on cracking of reinforced recycled concrete slabs” Proceeding Italian Concrete Days, Roma 27-28 Ottobre 2016, ISBN 978-88-99916-02-2.

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