CALCESTRUZZO STRUTTURALE con AGGREGATI RICICLATI

Abstract
The sustainability concept, although intuitive, represents a complex criterion, involving sometimes conflicting environmental, social and economical issues. For instance, a basic requirement determining the social sustainability concerns structural safety, which must be guaranteed all along its service life, by also taking precautionary measures even against unpredictable extreme actions. This issue, even if consistent with environmental sustainability, may prove conflicting with economical sustainability. Therefore, the sustainability evaluation of whatever design choice may represent a supporting decision-making tool, suggesting the most sustainable and generally more innovative choice, since the intersection between the three sustainability issues marks the area for innovation. Within this frame the use of recycled aggregates from construction and demolition waste is analyzed for the production of structural concrete.


Articolo tratto da: "Concrete2014 - Progetto e Tecnologia per il Costruito: Tra XX e XXI secolo"

1 Introduzione
La storia insegna che l’evoluzione della tecnologia costruttiva è stata sino dai suoi albori accompagnata spesso da operazioni più o meno innovative e riuscite di recupero e riutilizzo di materiali di scarto. Emblematici esempi sono rappresentati dall'impiego di terrecotte finemente macinate come aggiunta "pozzolanica" ai leganti utilizzati dai Fenici già nel X secolo a.C., o, ancor più, l'impiego di rottami di anfore, presumibilmente scarti di lavorazione della produzione di contenitori per vino, come aggregati leggeri per il calcestruzzo utilizzato dai Romani nel III secolo a.C. nella costruzione dei moli del porto di Cosa, antica colonia romana di rilevante importanza per l'attività della pesca.

Negli ultimi decenni, una crescente sensibilità verso una progettazione più sostenibile ha spinto numerosi ricercatori (di cui in bibliografia si riporta un’esigua rappresentanza, come semplice dimostrazione dell’estensione temporale, geografica e di interesse per il tema) a riesplorare operazioni di riciclo nell’ambito dei materiali e delle tecnologie da costruzione [1-12]. Tali studi, unitamente ai numerosissimi altri presenti nella letteratura internazionale, hanno ormai da tempo dimostrato la fattibilità della produzione di calcestruzzo per uso strutturale utilizzando aggregati riciclati provenienti dalla demolizione di opere civili al termine della loro vita in servizio, dopo trattamento in idonei impianti di riciclaggio.

Sulla base di questi risultati è possibile effettuare un confronto tra le prestazioni di un calcestruzzo ordinario e di quello con aggregati riciclati appartenenti alla stessa classe di resistenza. In particolare, a parità di resistenza a compressione, il calcestruzzo con aggregato riciclato mostra [13]:

  • una resistenza a trazione inferiore (10% circa);
  • un modulo elastico inferiore (20% circa);
  • la stessa tensione di aderenza con le barre di acciaio;
  • lo stesso grado di vulnerabilità alla fessurazione per ritiro igrometrico;
  • caratteristiche di durabilità almeno equivalenti in termini di resistenza a cicli di gelo e disgelo, resistenza all’attacco solfatico, resistenza alla penetrazione di agenti aggressivi per le armature metalliche;
  • nessun problema di cessione di sostanze potenzialmente pericolose per l'ambiente [14].

Sempre sulla base di questi risultati, la normativa tecnica non ha più potuto ignorare direttive europee [15] con le seguenti indicazioni:

  • restrizioni allo smaltimento in discarica;
  • incentivi per la promozione della selezione alla fonte e del riciclaggio dei rifiuti;
  • specifiche condizioni per lo sviluppo dei materiali riciclati;
  • inserimento della gestione dei rifiuti come parte integrante delle licenze edilizie e dei permessi di demolizione;
  • incentivi per l'uso di materiali riciclati nelle opere pubbliche;

e, in seguito all’emanazione della norma EN 12620 “Aggregates for concrete”, recepita in Italia con la UNI EN 12620-2002 “Aggregati per calcestruzzo”, che "... specifica le proprietà degli aggregati e dei filler ottenuti dalla lavorazione di materiali naturali, artificiali o riciclati miscelati per essere utilizzati nella confezione di calcestruzzi che soddisfano i requisiti della UNI EN 206-1 compresi i calcestruzzi destinati alle pavimentazioni stradali e alla produzione di prefabbricati", le Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14 gennaio 2008), al punto 11.2.9.2 “Aggregati”, oltre a ribadire che “Sono idonei alla produzione di
calcestruzzo per uso strutturale gli aggregati ottenuti dalla lavorazione di materiali naturali, artificiali, ovvero provenienti da processi di riciclo conformi alla norma europea armonizzata UNI EN 12620…”, affermano che “È consentito l’uso di aggregati grossi provenienti da riciclo, secondo i limiti di cui alla Tab. 11.2.III, a condizione che la miscela di calcestruzzo confezionata con aggregati riciclati, venga preliminarmente qualificata e documentata attraverso idonee prove di laboratorio. …”

In questo quadro, tendente a favorire l’utilizzo di aggregati riciclati limitando lo sfruttamento di risorse naturali non rinnovabili, non solo tale utilizzo non è decollato, ma la disponibilità di aggregati riciclati si è drasticamente ridotta, rendendo di fatto irrealizzabili anche le sparute applicazioni in cui l’impiego di tali aggregati era previsto in capitolati di amministrazioni pubbliche nel rispetto del D.M. 08 maggio 2003 n. 203 (noto anche come “Decreto 30%”), emanato con l’obiettivo di incentivare il ricorso a materie prime seconde e quindi a sostenere la nascita e lo sviluppo di un mercato dei materiali riciclati e recuperati, imponendo ad amministrazioni pubbliche e società a controllo pubblico il ricorso a prodotti riciclati per coprire almeno il 30% del fabbisogno annuo di materiali e beni.

Sulla base di una recente indagine condotta da ATECAP [16], secondo gli operatori dell’industria delle costruzioni le cause del mancato utilizzo risiedono nell'ordine in:

  • scarsità o addirittura assenza di domanda di calcestruzzo preconfezionato prodotto utilizzando aggregati riciclati;
  • mancanza di certezza sulle caratteristiche tecniche degli aggregati riciclati;
  • difficoltà nel reperimento di tale materia prima seconda;
  • mancanza di compatibilità delle proprietà degli aggregati riciclati con le norme tecniche sulla produzione di calcestruzzo;
  • assenza di offerta di aggregati riciclati nel territorio di competenza;
  • mancato sviluppo di adeguate miscele.

D'altra parte, nel settembre 2010 il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha approvato in assemblea generale una relazione [17] nella quale sono riportati dati interessanti sui volumi di produzione degli aggregati, fra cui quelli riciclati, nei singoli paesi membri della UE nel 2006 e 2008. L’analisi dei volumi di produzione mette in evidenza come l’utilizzo di aggregati riciclati e secondari sia molto variabile da Stato a Stato (Figura 1), e come le politiche relative alla gestione dei rifiuti (tasse per il conferimento a discarica) e le restrizioni relative allo sfruttamento delle risorse naturali (tassazione sugli aggregati naturali) siano le principali ragioni di queste differenze. Paesi con imposte sul conferimento a discarica e sull’estrazione di aggregati naturali presentano le maggiori percentuali di riciclaggio.

Numerosi Stati Membri hanno introdotto tasse sugli aggregati naturali con l’obiettivo di preservare le risorse naturali e di incoraggiare la sostituzione dell’uso di aggregati naturali con aggregati secondari o riciclati. La tassazione degli aggregati naturali ha un effetto diretto sul rapporto di prezzo tra aggregati naturali e riciclati e viene generalmente ritenuta una strada più efficace rispetto alla tassazione sullo smaltimento del rifiuto che si accompagna al rischio di smaltimenti illegali.

Tasse sull’estrazione di aggregati riciclati sono state introdotte in Svezia (1983), Danimarca (1990) e Regno Unito (2002), anche se nella letteratura economica in materia non sempre la tassazione delle risorse naturali trova ampio consenso,
poiché in caso di debolezza del mercato l’introduzione di nuove imposte può comportare effetti negativi. Tuttavia, la restrizione nell’identificazione di nuove cave di aggregati naturali, prevista a livello di pianificazione dell’attività estrattiva, contribuisce a spostare l’attenzione verso nuove opportunità per gli aggregati riciclati: l’inevitabile incremento dei prezzi degli aggregati naturali determina come conseguenza la ricerca di nuove strategie per il riutilizzo dei materiali esistenti.

Infine, in molti Stati Membri la separazione in opera dei materiali da costruzione e demolizione in specifiche frazioni è obbligatoria. I processi di demolizione selettiva e di separazione in opera dei materiali identificano una serie di tecniche comunemente impiegate per produrre un rifiuto di demolizione di maggior qualità, con elevate potenzialità di riutilizzo come materiale da costruzione.

A causa del lavoro aggiuntivo per la separazione delle frazioni, il processo risulta necessariamente più lungo e costoso, ma anche potenzialmente promotore di nuovi livelli professionali ed occupazionali. Generalmente si stima che i costi associati alla demolizione selettiva siano mediamente maggiori del 20-25% rispetto alla normale demolizione. D’altra parte il materiale proveniente da demolizione selettiva comporta un risparmio dei costi di conferimento del materiale stesso in discarica o all’impianto di riciclaggio; inoltre, la possibilità di reintroduzione sul mercato dei materiali riutilizzabili e la minimizzazione dei rifiuti conferiti in discarica contribuiscono a compensare i maggiori costi della demolizione selettiva.

Appare evidente come il problema del mancato decollo dell'uso di aggregati riciclati non sia pertanto riconducibile ad aspetti tecnici o tecnologici, quanto normativi, economici, amministrativi e legislativi. È, in realtà, innegabile che, se da un lato le norme autorizzano l'uso di aggregati riciclati per il confezionamento di calcestruzzo strutturale, dall'altro lo rendono quanto meno complicato con indicazioni specifiche spesso protezionistiche, quando non illogiche ed ingiustificate, e talora persino dissuasive dall'utilizzo, inducendo sospetti nel progettista che intendesse ricorrervi. E la disponibilità di aggregati riciclati sarà
sempre scarsa se non nulla in assenza di precise direttive governative che incidano sul mercato di tali risorse, sugli obblighi delle amministrazioni locali e sulla repressione di forme di sfruttamento illecito.

2 L'aspetto tecnico ed il pregiudizio da superare
Al fine di superare un pregiudizio non più difendibile, soprattutto nell’ottica di uno sviluppo realmente sostenibile, si è verificato il comportamento sotto carico ciclico di nodi trave-pilastro (Figura 2) realizzati in calcestruzzo confezionato con aggregati grossi in calcestruzzo riciclato [18], considerando che il minor valore della resistenza a trazione e del modulo elastico di tale calcestruzzo può indurre un diverso meccanismo di rottura del nodo trave-pilastro (Figura 3).

I risultati della sperimentazione, condotta su elementi di dimensioni quasi reali, hanno dimostrato che è possibile ottenere anche per questi nodi, adottando opportuni accorgimenti di calcolo che tengano conto del diverso comportamento a taglio e della diversa rigidezza degli elementi strutturali in calcestruzzo con aggregato riciclato, soddisfacenti valori di duttilità e tenacità durante cicli di carico che simulino l’azione sismica. Infatti, la maggiore deformabilità del calcestruzzo con aggregati riciclati consente di ottenere gli stessi livelli di duttilità del calcestruzzo ordinario nonostante la minore resistenza a trazione.

In particolare, l’analisi delle curve di isteresi mostra come, allontanandosi dal campo elastico, e quindi per gli spostamenti imposti più elevati, si riscontri un maggior effetto di ingranamento degli aggregati riciclati lungo le fessure a causa della loro maggiore rugosità superficiale. Questo effetto contribuisce ad aumentare la resistenza a taglio del calcestruzzo con aggregati riciclati, poiché risultano maggiori i valori di forza ottenuti per lo spostamento massimo.

Il soddisfacente comportamento del calcestruzzo con aggregati riciclati sotto carico ciclico non pregiudica, quindi, la sua idoneità anche per strutture armate in zona sismica, sia pure considerandone in modo opportuno le caratteristiche di resistenza a taglio e di rigidezza, e non consente pertanto alibi di natura tecnica o progettuale che ne possano prevenire o sconsigliare il normale impiego.

3. Conclusioni
La storia insegna che la tecnologia costruttiva ha spesso fatto ricorso ad operazioni più o meno innovative e riuscite di recupero e riutilizzo di materiali di scarto. Tuttavia, sempre più, recentemente, l’incosciente euforia consumistica generata dall’espansione economica dei paesi industrializzati e dall’allargamento dei mercati ha portato a dimenticare, se non disdegnare, quelle avvedute esperienze a favore di un indiscriminato ed incontrollato sfruttamento di risorse naturali ed un arrogante uso improprio del territorio. L’inevitabile spettro di una crisi irreversibile di tali risorse naturali non rinnovabili, accompagnata da un deterioramento ambientale sempre più preoccupante per quanto prevedibile, ha spinto un numero crescente di ricercatori all’individuazione di soluzioni alternative, riconsiderando l’opportunità di riutilizzare materiali di scarto,
altrimenti conferiti in discarica. Tali studi hanno, in particolare, ampiamente riconfermato la fattibilità e l’efficacia dell’utilizzo di materiali riciclati nel calcestruzzo, strutturale o meno, e nei materiali da costruzione in generale, dimostrando che solo pregiudizi culturalmente ingiustificati e la latitanza di indirizzi politici responsabili impediscono l’affermazione di una scelta ineludibile nell’unico scenario possibile di uno sviluppo sostenibile.

Bibliografia
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[13] V. Corinaldesi, G. Moriconi (2010). "Characterization of Mechanical and Elastic Behaviour of Concretes Made of Recycled-Concrete Aggregates", The Third International Conference on Engineering for Waste and Biomass Valorisation (WasteEng10), Beijing, China, May 17-19, 2010, Edited by A. Nzihou and H. Liu, Ecole des Mines d'Albi-Carmaux, Albi, France, 048-C.

[14] D. Sani, G. Moriconi, G. Fava, V. Corinaldesi (2005). "Leaching and mechanical behaviour of concrete manufactured with recycled aggregates", Waste Management, 25(2), 177-182.

[15] European Commission, Directorate-General Environment, DG ENV.E.3, “Management of Construction and Demolition Waste”, Working Document N°1, 4 April 2000, pp. 1-26.

[16] ATECAP (2013). "Rapporto ATECAP sull'uso degli aggregati riciclati nella produzione di calcestruzzo preconfezionato", Settembre 2013.

[17] Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (2010). “I rifiuti da scavo, demolizione e costruzione: iniziative di riduzione, recupero e riciclo”, Assemblea Generale del 24 Settembre 2010, pp. 1- 101.

[18] V.C. Letelier Gonzaléz, G. Moriconi (2014). "The influence of recycled concrete aggregates on the behavior of beam–column joints under cyclic loading", Engineering Structures, 60, 148- 154.

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