Produzione di mattoni in terra cruda in Ciad e Camerun

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1 Università degli Studi di Brescia Facoltà di Ingegneria CEntro di documentazione e ricerca sulle Tecnologie appropriate per la gestione dell AMBiente nei Paesi in via di sviluppo Produzione di mattoni in terra cruda in Ciad e Camerun Angelo Mazzù, Daniela Palazzini, Francesco Vitali, Andrea Comini 1

2 INTRODUZIONE Fra il 2005 e il 2010 la superficie delle foreste è aumentata in alcune regioni del mondo, e diminuita in altre Fra il 1990 e il 2010 è diminuita del 12% in Ciad e del 18% in Camerun Fonte: FAO Global Forest Resources Assessment

3 INTRODUZIONE Nell Africa sub-sahariana la deforestazione avviene principalmente per la fornitura di combustibile La produzione di mattoni in terracotta è fra le attività che comportano maggior consumo di combustibile I mattoni in terracotta sono sempre più diffusi per: Maggiore resistenza agli agenti atmosferici Percezione della terra cruda come materiale povero 3

4 INTRODUZIONE L utilizzo della terra cruda come materiale da costruzione comporta: Risparmio energetico (99% rispetto alla terracotta) Benefici ambientali (salvaguardia delle foreste, no emissioni, minore impatto dei rifiuti da edilizia) Benefici economici (abbondanza, basso costo) Benefici sociali (ricchezza di conoscenze sulle tecniche costruttive tradizionali) Necessità di ricerca per migliorare la qualità del prodotto e la sostenibilità economica 4

5 PROGETTO VALRENA Finanziato dal 9 fondo europeo per lo sviluppo Zona di intervento: valle del Logone (Ciad Camerun) 5 Partners (argille): ACRA, UniBS, Uni-Ngaounderé (CM)

6 INDAGINE SUL POSTO Indicatori generali e di urbanizzazione Profilo generale Camerun Ciad Popolazione (2009) [milioni] Tasso medio di crescita demografica ( ) [%] Densità (2009) [persone per km 2 ] 40 9 Prodotto interno lordo (2009) [miliardi $] Prodotto interno lordo pro capite (2009) [$] 1, Aspettativa di vita (2008) [anni] 51 (maschi) 52 (femmine) 47 (maschi) 50 (femmine) Popolazione sotto 1.25$ al giorno [%] 32.8 (2001) 61.9 ( ) Urbanizzazione Popolazione urbana (2010) [%] Tasso di crescita annuo della popolazione urbana ( ) [%] Tasso di crescita anno della popolazione rurale ( ) [%]

7 INDAGINE SUL POSTO Tecniche costruttive Abitazioni in terra cruda soprattutto nei villaggi rurali Riparazioni annuali al termine della stagione piovosa Mattoni prodotti a partire da un impasto di argilla, sabbia, paglia, deiezioni animali, acqua Formatura in stampi ed essiccazione al sole per 3 giorni 7

8 INDAGINE SUL POSTO Tecniche costruttive Cottura in strutture a torre Combustibili: legna, carbone (in Camerun), noci locali, petrolio Consumo di legna: 22 kg per m 3 di mattoni Impatto ambientale stimato: 900 kg di legna per casa, corrispondenti a 0.7 m 3 di fusti d albero 8

9 INDAGINE SUL POSTO Tecniche costruttive Dimensioni dei mattoni: cm X cm X cm Produttività: mattoni al giorno, con 3-4 addetti Incidenza del combustibile sul costo di produzione: % PREZZI DI VENDITA DEI MATTONI IN FCFA Maroua (Camerun) Bongor (Ciad) N Djamena (Ciad) Terra cruda Terracotta Sabbia + cemento

10 INDAGINE SUL POSTO Tecniche costruttive Fallimento di progetti finanziati per la produzione di mattoni in terra cruda compattata con macchine manuali Maggiori costi di investimento, non compensati da maggiore qualità e produttività 10

11 PROGETTO DI UNA PRESSA A ESTRUSIONE Maggiore efficienza del processo di estrusione (processo continuo) Produttività attesa: mattoni al giorno Realizzazione di un prototipo sperimentale a Brescia 11

12 Mattoni/kWh PROGETTO DI UNA PRESSA A ESTRUSIONE Motorizzazione elettrica da 3 kw Consumo di energia elettrica: kwh/m 3 (terracotta: kwh/m 3 - energia termica) Pressione [bar] 12

13 PROVE SPERIMENTALI Dimensione dei provini: 10x5 cm (sez.) x cm Pressione di compattazione dell impasto: bar Composizione dei provini non stabilizzati: Argilla (granulometria < mm): 40% in peso Sabbia (granulometria = mm): 55% in peso Paglia: 5% in peso Composizione dei provini stabilizzati: Argilla: 36% in peso Sabbia: 50% in peso Paglia: 4.5% in peso Cemento: 9% in peso 13

14 PROVE SPERIMENTALI Resistenza a compressione Prove di compressione monoassiali statiche a lati liberi Resistenza minima richiesta: 1 N/mm 2 (norma turca) 14

15 Resistenza a compressione [N/mm 2 ] PROVE SPERIMENTALI Resistenza a compressione 2,5 2 1,5 Non stabilizzati Stabilizzati Commerciali Limite min. 1 0, Pressione di compattazione [bar] Ridotto effetto del cemento Ridotto effetto della pressione di compattazione oltre 4 bar 15

16 PROVE SPERIMENTALI Resistenza al dilavamento Provini sottoposti a 16 l/min di acqua per 2 minuti Prestazioni superiori dei provini stabilizzati 16

17 PROVE SPERIMENTALI Resistenza all assorbimento Tipo mattone Assorbimento [% in peso] Commerciale 7.0% Stabilizzato 4.3% Prova non valida per i mattoni non stabilizzati 17

18 PROVE SPERIMENTALI Caratterizzazione termica e acustica Prova termica in camera climatica Conducibilità termica: 0.19 W/(m K) Indice isolamento acustico: 42 db Prova acustica su trave in terra cruda con metodo innovativo 18

19 REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO PILOTA Disegni cotruttivi prodotti presso l università di Brescia e inviati al CTM di Maroua (CM) Costruzione della parte meccanica presso il CTM, con alcuni piccoli adattamenti alla disponibilità di materiali e componenti di commercio Spedizione di motore, riduttore e quadro elettrico dall Italia Costo totale: FCFA (5.800 ) Costruzione meccanica: FCFA Acquisto motore e riduttore: FCFA Acquisto quadro elettrico: FCFA Spedizione del riduttore: FCFA 19

20 REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO PILOTA Costo elevato del prototipo Margini di riduzione dei costi attraverso: Revisione del disegno e produzione di più esemplari; Realizzazione del quadro elettrico sul posto; Spedizione; Adattamento del motore e riduttore a quanto disponibile sul posto 20

21 ANALISI ECONOMICA Ipotesi: Costi: Investimento macchina: FCFA Investimento struttura: FCFA Ammortamento macchina (5 anni): FCFA/anno Ammortamento struttura (10 anni): FCFA/anno Manodopera: FCFA/anno (3 addetti) Energia: FCFA/anno Trasporto: FCFA/anno Cemento: FCFA/anno Produzione: 628 mattoni/giorno X 240 giorni/anno 21

22 ANALISI ECONOMICA Flussi di cassa Mattoni in terra cruda + 5% cemento Prezzo di vendita: 112 FCFA/mattone Payback period: 1-2 anni Prezzo attuale a Maroua: 175 FCFA/mattone Mattoni in terra cruda + paglia Prezzo di vendita: 38 FCFA/mattone Payback period: 2-3 anni Prezzo attuale a Maroua: 25 FCFA/mattone 22

23 CONCLUSIONI La terra cruda stabilizzata con una piccola quantità di cemento è una valida alternativa alla terracotta come materiale da costruzione. La terra cruda può essere valorizzata attraverso la meccaniczzazione del processo di produzione Una pressa ad estrusione è stata realizzata in Camerun, salvo alcuni pezzi importati dall Italia La simulazione della gestione economica di un centro di produzione di mattoni ha dato come risultato un tempo di ritorno contenuto in pochi anni 23

24 ATTIVITÀ IN CORSO E FUTURA Installazione di un impianto pilota a Yagoua (CM) Ottimizzazione della produttività, formazione degli operatori Ottimizzazione della qualità dei mattoni attraverso la sperimentazione di diverse miscele Verifica della sostenibiltà economica 24