70 produrre. Mario Bassan, Marco Quattrone, Politecnico di Milano

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1 70 produrre Mario Bassan, Marco Quattrone, Politecnico di Milano Impieghi e applicazioni di aggregati riciclati in elementi prefabbricati in calcestruzzo Introduzione e cenni storici In Italia, così come nel resto d Europa, il problema dello smaltimento dei rifiuti da costruzione e demolizione ha assunto nell ultimo decennio un importanza rilevante. Il quantitativo di macerie prodotte, prima dell avvento della crisi economica e del conseguente arresto dell attività edilizia, mostrava un trend crescente che poneva il nostro Paese di fronte al problema legato alla gestione e smaltimento di una tipologia di rifiuto non pericoloso le cui quantità risultano estremamente rilevanti. La crisi ha in qualche misura rallentato tale tendenza, tuttavia le politiche di smaltimento in discarica, anche per i limiti imposti dall Unione Europea, risultano ormai scarsamente attuabili e sostenibili. Il riciclaggio delle macerie rappresenta una valida alternativa al problema summenzionato, soprattutto quando si ha a che fare con i rifiuti inerti da demolizione. La possibilità di usare l aggregato riciclato, non solo tal quale per sottofondi o riempimenti ma anche per la produzione di conglomerato cementizio strutturale è oggi una realtà. Le ricerche degli ultimi anni hanno avuto quale obiettivo il dimostrare come sia possibile produrre elementi strutturali in RAC (Recycled Aggregate Concrete) di ottima qualità e con comportamento analogo a quello dei corrispettivi elementi in conglomerato tradizionale. I primi studi sull utilizzo di aggregato da riciclo nel settore delle costruzioni, in particolare nel calcestruzzo, risalgono ai primi anni 60 e furono sviluppati in Europa. I Paesi Bassi, privi di materiale vergine e costretti ad importare aggregato naturale dalla Germania, furono tra i primi a guardare con interesse alla possibilità di utilizzare l aggregato da riciclo per il confezionamento di nuovo conglomerato cementizio. Gli studi intrapresi in Europa vennero parallelamente sviluppati in America e Giappone laddove ci si pose quale obiettivo primario il riutilizzo del materiale di scarto generato dalle demolizioni di grosse infrastrutture o a seguito di catastrofi naturali o eventi bellici. Oggigiorno, nonostante l utilizzo degli aggregati riciclati sia stato parzialmente recepito nelle normative tecniche, almeno nel settore del calcestruzzo, si assiste ancora ad una certa resistenza da parte degli utilizzatori. Le ricerche in corso sono essenzialmente finalizzate a determinare l affidabilità delle risultanze sperimentali e quindi del materiale ottenuto. La normativa Nell evoluzione della normativa tecnica italiana, le problematiche relative ai rifiuti provenienti da attività di costruzione e demolizione vennero prese in considerazione per la prima volta nel 1996 quando la Commissione Edilizia dell UNI istituì il Gruppo di Lavoro GL7 - Rifiuti da costruzione e demolizione. Tale gruppo aveva lo scopo di elaborare le Linee guida finalizzate alla riduzione dei rifiuti da costruzione e demolizione nelle realizzazioni di interventi edili. Il primo risultato ufficiale della commissione fu l aggiornamento della norma UNI Costruzione e manutenzione delle strade - Tecniche di impiego delle terre attraverso l introduzione dell appendice dal titolo Aggregati provenienti dalle attività di demolizione e costruzione e dalle loro miscele con rifiuti minerali recuperabili per impieghi stradali ed assimilati requisiti. Negli ultimi anni sono sopravvenute importanti novità grazie al recepimento di alcune norme tecniche emanate a livello europeo dal CEN (Comitato Europeo di Normazione). Nel 2003, la Commissione Edilizia dell UNI ha pubblicato quasi 250 nuove norme per il settore delle costruzioni. La più rilevante, nell ambito del riciclaggio dei rifiuti da costruzione e demolizione e dell impiego degli aggregati riciclati nel calcestruzzo, è la UNI EN Aggregati per calcestruzzo. La norma, di fondamentale importanza, fornisce una serie di specifiche per gli aggregati ed i filler di origine naturale, artificiale o di riciclo e le miscele di questi, ponendosi quindi in parziale conflitto con la UNI 8520, vigente al momento del recepimento, che considerava idonei per la produzione di calcestruzzo esclusivamente i materiali lapidei naturali. La UNI EN fornisce i criteri di classificazione del industrie manufatti cementizi - n 21

2 produrre a Utilizzo Provenienza Classe di resistenza totale o parziale demolizioni di edifici (macerie) C12/15 totale o parziale demolizioni di solo calcestruzzo C20/25 fino al 5% demolizioni di edifici (macerie) C20/25 fino al 10% demolizioni di solo calcestruzzo C20/25 DM Norme Tecniche per le Costruzioni - Tabella Origine del materiale da riciclo R ck calcestruzzo (N/mm 2 ) Percentuale di impiego demolizioni di edifici (macerie) < 15 fino al 100 % Tabella 1. Dalla norma UNI 8520 Tabella 2a. DM Norme Tecniche per le Costruzioni Tabella 11.1.III demolizioni di solo calcestruzzo e c.a. riutilizzo interno negli stabilimenti di prefabbricazione qualificati 35 30% 25 fino al 60% 55 fino al 5% 2b DM Norme Tecniche per le Costruzioni - Tabella Origine del materiale da riciclo Classe del calcestruzzo Percentuale di impiego demolizioni di edifici (macerie) = C 8/10 fino al 100 % Tabella 2b. DM Norme Tecniche per le Costruzioni Tabella 11.2.III demolizioni di solo calcestruzzo e c.a. riutilizzo di calcestruzzo interno negli stabilimenti di prefabbricazione qualificati -da qualsiasi classe C 30/37 30% C 20/25 fino al 60 % C 45/55 fino al 15% da calcestruzzi > C 45/50 Stessa classe del calcestruzzo di origine fino al 5% Si rammenta che, oltre al rispetto delle percentuali riportate in tabella, si è tenuti agli adempimenti previsti dal Codice dell Ambiente materiale secondo le caratteristiche geometriche, fisiche e chimiche, senza tenere in considerazione l origine e la natura dell aggregato, prescrivendo inoltre un sistema di controllo della produzione mirato a soddisfare la conformità ai requisiti necessari alla marcatura CE. Ai fini dell applicazione della UNI EN 12620, nel 2005, è stata elaborata ed emanata la revisione della esistente norma UNI 8520 che ha comportato la sua divisione in due parti: la parte 1, che definisce i requisiti che devono essere dichiarati e garantiti dal produttore di aggregato, e la parte 2, che definisce i requisiti minimi che l aggregato deve possedere in relazione alla destinazione finale del calcestruzzo. In particolare, nella norma si dice che per gli aggregati di riciclo in attesa di una regolamentazione europea è permesso l utilizzo totale o parziale di aggregati da riciclo come specificato in Tabella 1. Nel settembre 2005 veniva emanato il DM Norme Tecniche per le Costruzioni, il cui obiettivo era l aggiornamento e sostituzione della precedente normativa. Tale decreto, oltre a rendere cogente la UNI EN per la certificazione dell idoneità dei costituenti i calcestruzzi per la realizzazione di strutture, introduceva, per la prima volta, la possibilità di utilizzare aggregati riciclati per il confezionamento di conglomerati strutturali. Venivano dati precisi vincoli quantitativi e qualitativi ed in particolare nel testo si affermava che: è consentito l uso di aggregati grossi provenienti da riciclo, secondo i limiti di cui alla Tabella 11.1.III, a condizione che la miscela di conglomerato cementizio confezionata con aggregati riciclati, venga preliminarmente qualificata e documentata attraverso prove di laboratorio. Nella revisione al DM , pubblicata con il DM , per quanto concerne gli aggregati riciclati, sono state revisionate anche le percentuali di utilizzo di cui alla tabella 11.2.III (Tabella 2b). n 21 - industrie manufatti cementizi

3 72 produrre Il riciclaggio dello scarto di produzione all interno degli stabilimenti di prefabbricazione Uno stabilimento per la prefabbricazione di elementi in conglomerato cementizio ha una percentuale fisiologica di scarto che può essere stimata attorno al 3% del volume di calcestruzzo prodotto annualmente. Tale residuo, costituito per lo più dal conglomerato di inizio e fine getto (per es. in piste nelle quali si realizzano elementi piani, ecc.), da pezzi aventi morfologia errata, oltre che da elementi per il controllo della qualità sottoposti a prove di tipo distruttivo, si presta in maniera ottimale alle operazioni di riciclaggio. Questi materiali, accumulati negli spazi liberi adiacenti all impianto di produzione, possono essere riciclati e l aggregato prodotto reimmesso nel ciclo produttivo dello stabilimento. Il processo di produzione dell aggregato riciclato è costituito dalle fasi di: frantumazione grossolana; frantumazione primaria; deferrizzazione attraverso separatore magnetico per la rimozione degli scarti metallici; selezione granulometrica. Le diverse pezzature prodotte possono essere sia riutilizzate per il confezionamento di RAC che vendute per utilizzi meno nobili. Il processo descritto può essere eseguito con impianti di tipo mobile e restituisce aggregato riciclato di ottima qualità, in quanto prodotto da macerie omogenee di calcestruzzo le cui caratteristiche sono ben note. Dal punto di vista economico il processo di riciclaggio interno allo stabilimento permette: l annullamento degli esborsi legati ai costi di trasporto e di conferimento in discarica; la riduzione delle quantità di inerte naturale acquistato; la compensazione degli esborsi legati al noleggio e funzionamento dell impianto con i ricavi provenienti dalla vendita del rottame ferroso. In particolare si ha: C trasp,imp + C nol,imp + C gest,imp = R fer + %R disc C trasp,imp C nol,imp C gest,imp R fer sono i costi legati al trasporto dell impianto fino allo stabilimento di prefabbricazione sono i costi legati al noleggio dell impianto sono i costi legati al funzionamento dell impianto sono i ricavi legati alla vendita del rottame ferroso %R disc sono quota parte dei ricavi legati al mancato trasporto e smaltimento in discarica Essendo note tutte le quantità in gioco (volumi di calcestruzzo e peso delle armature metalliche) per quanto riguarda gli scarti, ed essendo noti i livelli di produttività degli impianti mobili, nonché i loro costi di trasporto, noleggio e gestione, risulta semplice eseguire il calcolo per pianificare, da un punto di vista temporale, la periodicità con cui attuare il processo di riciclaggio. Non da ultimo è senza dubbio da tenere in considerazione il beneficio ambientale derivante dal mancato smaltimento in discarica e dalla riduzione, seppur minima, del prelievo di risorse naturali non rinnovabili. Risultati sperimentali e applicazioni pratiche Sebbene l utilizzo di aggregati riciclati nel calcestruzzo, possa indurre variazioni delle prestazioni meccaniche del materiale, tali variazioni si manifestano quando le percentuali di sostituzione dell aggregato naturale con il riciclato si attestano su valori ben al di sopra delle percentuali consentite dalla legge, attualmente in vigore, per i conglomerati strutturali. Nel caso specifico di aggregati prodotti da scarti dell industria di prefabbricazione, essendo ben note le caratteristiche del materiale sottoposto a riciclo, queste materie prime seconde presentano costantemente caratteristiche elevate paragonabili a quelle degli inerti naturali. Le ricerche condotte negli ultimi anni hanno dimostrato che l utilizzo di aggregati riciclati dagli scarti di produzione degli stabilimenti di prefabbricazione sono in grado di sostituire pienamente l aggregato naturale. Inoltre, considerando i quantitativi di scarto di uno stabilimento, risulta chiaro che le percentuali di sostituzione indicate dalla normativa in vigore sono cautelative e comunque, a regime, potrebbero essere ridotte, ovvero si potrebbe stabilire di utilizzare sulla produzione solo il 5-10% di riciclato. In questi anni, grazie anche al supporto di ASSOBE- TON, sono stati sviluppati studi e sperimentazioni sia in laboratorio che su elementi in scala reale le cui risultanze hanno dimostrato la fattibilità di tale materiale. Le ricerche condotte hanno messo in luce come sostituendo l aggregato naturale con percentuali dal 10 al 100% di aggregato grosso riciclato (frazione granulometrica > 4 mm) è possibile produrre calcestruzzi di resistenze adeguate alla produzione di elementi strutturali. I test di laboratorio su provini cubici hanno messo in luce come la sostituzione totale della frazione grossa naturale con quella riciclata permetta di ottenere resistenze fino a 75 MPa. Risulta evidente che la sostituzione in percentuali elevate dell aggregato naturale con il riciclato comporti delle variazioni dei parametri caratterizzanti il conglomerato sia allo stato fresco che allo stato indurito. In particolare, allo stato fresco la maggior porosità industrie manufatti cementizi - n 21

4 produrre 73 0 Figura 0. Fasi del processo di riciclaggio degli scarti della prefabbricazione dell aggregato riciclato determina un maggior assorbimento d acqua che genera, a parità di rapporto a/c una perdita di lavorabilità. I risultati sperimentali hanno confermato che allo stato indurito il conglomerato cementizio confezionato con il 100% di frazione grossa riciclata, pur raggiungendo elevati valori di resistenza, ha manifestato valori di modulo elastico inferiori rispetto a quelli del calcestruzzo ordinario. Questa particolarità garantisce in sostanza un comportamento duttile del materiale che a parità di sforzo si deformerebbe maggiormente rispetto al conglomerato tradizionale. 1a 2a 2b Figura 1a, 1b. Resistenza a compressione di RAC con il 100% di aggregato grosso riciclato (sx) e sviluppo delle resistenze del conglomerato utilizzato per il confezionamento dei manufatti ad armatura pretesa (dx) 1b Figura 2a, 2b, 2c. La sperimentazione su manufatti in scala reale è stata Elementi strutturali condotta su travi da 8 m ad armatura lenta e solai alveolari da 10,80 m ad armatura pretesa. Per tali elementi sottoposti a test in scala reale si è deciso di confezionare impasti in calcestruzzo tradizionale, per la produzione degli elementi di controllo, ed di resistenza a flessione e a taglio in conglomerato riciclato con percentuali di sostituzione 2c (dx) della frazione grossa pari al 20 e 30 %. n 21- industrie manufatti cementizi

5 74 produrre Figura 3a, 3b, 3c. Risultati del test sugli elementi in scala reale. Nella 3a i valori registrati per le travi ad armatura lenta, nelle 3b, 3c i valori di resistenza a flessione a taglio registrati per i solai alveolari Tabella 3. Esempi applicativi dei calcestruzzi riciclati 3a I risultati registrati durante i test di resistenza a flessione, per le travi ed i solai alveolari, ed a taglio, solo per i solai alveolari (elementi privi di armatura taglio-resistente), confermano un comportamento del tutto analogo fra i manufatti in conglomerato ordinario e quelli in RAC. Blocchi forati confezionati con aggregato riciclato 3b Sebbene in Italia le applicazioni su elementi reali siano state realizzate esclusivamente per scopi di ricerca, negli altri Paesi europei già da tempo si utilizzano gli aggregati riciclati per il confezionamento di elementi strutturali e non. Blocco composto per il 70 % da aggregato riciclato da laterizi, per il 10% da argilla espansa, per il 7 % da ghiaietto e per il 13 % da cemento. Pannelli prefabbricati realizzati con calcestruzzi confezionati con aggregato riciclato prodotto da macerie miste: Elementi strutturali prefabbricati realizzati con calcestruzzi confezionati con aggregato riciclato prodotto da macerie miste. Questi elementi, testati secondo le normative austriache, possono essere utilizzati come elementi di pavimentazione, per la realizzazione di muri, elementi di solaio ecc. industrie manufatti cementizi - n 21

6 produrre 75 3c La Tabella 3 riportata di seguito raccoglie alcune delle applicazioni che vanno dal blocco per muratura al pannello prefabbricato per strutture scatolari, ad elementi per pavimentazioni o per modellazione ambientale. Conclusioni L utilizzo di aggregati riciclati in sostituzione dell inerte naturale rappresenta un interessante e reale possibilità affinché anche il settore delle costruzioni contribuisca alla riduzione delle quantità di rifiuti smaltiti e di risorse non rinnovabili consumate. Come è stato mostrato, i campi di applicazione degli aggregati riciclati sono molteplici, il loro utilizzo può essere nobile, come costituente di conglomerati strutturali, o meno nobile come materiale da riempimento, da sottofondo ecc.. La ricerca e le tecnologie odierne, permettono di sfruttare al meglio le singole frazioni granulometriche caratterizzanti l aggregato riciclato. Per quanto concerne l utilizzo di aggregati riciclati nel settore della prefabbricazione, sulla base delle osservazioni compiute durante le fasi produttive dei manufatti e dei risultati ottenuti dai test, è possibile affermare che l utilizzo di aggregati provenienti dal riciclaggio dello scarto di stabilimento non induce variazioni di comportamento, statisticamente significative, tra il conglomerato ordinario e quello confezionato con aggregato grosso riciclato in percentuali fino al 30%. Sarebbe infine auspicabile una revisione dell attuale normativa in modo tale da rimuovere gli ostacoli che ancora oggi impediscono pienamente il riutilizzo di tali materiali all interno degli stabilimenti. Ciò, non solo garantirebbe lo sfruttamento dei prodotti del processo di trasformazione dello scarto in aggregato riciclato, ma favorirebbe uno sviluppo del mercato di tali materie prime seconde. # C M Y CM MY CY CMY K n 21 - industrie manufatti cementizi