Aggregati di riciclo trattati a cemento: prove di laboratorio

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1 Materiali da demolizione : una risorsa da spendere in più Pesaro, 25 Settembre 2008 Aggregati di riciclo trattati a cemento: prove di laboratorio Dr. Ugo Sergio Orazi via Cairo Mombaroccio ( Pesaro ) Mombaroccio ( Pesaro ) 1

2 premessa I rifiuti che provengono dal settore delle costruzioni costituiscono una delle classi più consistenti dell intera intera produzione dei rifiuti non domestici. Questi, dopo un adeguato a trattamento, possono essere utilizzati in ambito stradale alla stregua delle materie naturali. Il loro utilizzo è regolato dalla Circolare n del 15/07/05 ( Green Public Procurement Indicazioni per l operativitl operatività nel settore edile, stradale e ambientale, ai sensi del DM 203 del 08/05/2003 ). La norma UNI ( Costruzione e manutenzione delle strade ) considera gli aggregati provenienti dalle attività di costruzione e demolizione equivalenti ai materiali di origine naturale e fissa al punto A.6A dell Appendice A i limiti di accettazione. La norma UNI EN Miscele non legate Specifiche riporta i requisiti che devono possedere le miscele non legate per essere idonee alla costruzioni di strade. Mombaroccio ( Pesaro ) 2

3 materiali riciclati L uso dei materiali riciclati è condizionato dalla composizione e quindi è fondamentale eliminare gli elementi : - pericolosi; - deteriorabili; - nocivi. lavorazione materiale riciclato E importante selezionare i diversi materiali prodotti dalla demolizione in gruppi omogenei più agevolmente valorizzabili (DEMOLIZIONE SELETTIVA). Dalla lavorazione del materiale di riciclo si ottengono prodotti da impiegare nella realizzazione del pacchetto stradale ( sabbie, stabilizzati e pietrischi ). sabbia stabilizzato pietrisco Mombaroccio ( Pesaro ) 3

4 utilizzo materiali riciclati Il materiale da riciclo è utilizzato in ambito stradale per la realizzazione di: - strati di materiale anticapillare; - corpo dei rilevati; - sottofondi stradali; - strati di fondazione. utilizzo materiale riciclato Il materiale riciclato normalmente viene utilizzato tal quale; se dovesse essere necessario migliorarne le caratteristiche meccaniche è possibile trattarlo a cemento. tal quale trattato a cemento La norma UNI 06 prevede l utilizzo l del materiale riciclato anche nella realizzazione di strati cementati per usi stradali, purché risultino conformi alle prescrizioni previste nella CNR 139/1992. fondazione ( misti cementati ) miglioramento caratteristiche pacchetto stradale Mombaroccio ( Pesaro ) 4

5 stabilizzazione a cemento [ esempio di studio sperimentale ] 1) Campionamento del materiale I campionamenti devono essere eseguiti in conformità alla norma UNI EN Metodi di campionamento; la norma riporta le procedure da adottare sia per ottenere provini rappresentativi. 2) Identificazione del materiale granulometria limiti di consistenza equivalente in sabbia valore di blu - sostanza organica. 3) Studio delle miscele sperimentali compattazione Proctor Modificata compressione semplice - trazione indiretta eseguite dopo 1, 7 e 28 giorni di maturazione. 4) Campo prove densità in sito prove di carico su piastra a doppio ciclo. Queste si eseguono o per verificare l efficacia l del tipo di lavorazione in scala reale e per confermare e le ipotesi avanzate dopo lo studio di laboratorio. Mombaroccio ( Pesaro ) 5

6 limiti di accettabilità per il trattamento a cemento Caratteristiche di idoneità del materiale al trattamento con cemento : Road Research Lab. (inglese) ITALFERR Pezzatura massima 8 cm Passante 6.3 mm 85% Passante 5.0 mm > 50% Passante mm 35% Passante mm < 15% Sostanze organiche < 2% Equivalente in sabbia > 40% Indice di plasticità < 10% Limite di liquidità < 40% Nitrati assenti Indice di plasticità < 18% Equivalente in sabbia > 50% Mombaroccio ( Pesaro ) 6

7 studio di laboratorio [ preparazione dei provini ] La miscela d impasto d (aggregato + acqua + cemento) è determinata sperimentalmente in laboratorio mediante l esecuzione l di prove di compressione semplice e di trazione indiretta. I provini vengono confezionati in stampi CBR privi di disco spaziatore compattando 5 strati di materiale passante al setaccio con apertura 25 mm con energia di compattazione di 2685 Kj/m 3 ( Proctor Modificata ). Le prove vengono eseguite dopo 7 giorni di maturazione in ambiente controllato ( umidità > 90% e temperatura 20 C C ) Mombaroccio ( Pesaro ) 7

8 studio di laboratorio [ prove di compressione e trazione indiretta ] Dopo stagionatura i provini vengono sottoposti a prove di compressione semplice e a trazione indiretta ( brasiliana ). Per i misti cementati il valore della resistenza a compressione ( Rc ) deve essere compreso tra 25 e 45 Kg/cm 2 ( 2.5-4,5 MPa ) mentre quello a trazione indiretta ( Rt ) deve risuiltare maggiore di 2,0 kg/cm 2 ( 0.20 MPa ) Prova di compressione Prova di trazione indiretta Mombaroccio ( Pesaro ) 8

9 1. Gli aggregati norme sui misti cementati [ CNR BU n.29n ] Misto cementato Tipo A 1 Tipo A 2 Granulometria Coeff. Los Angeles Vedi figura 30% 80 Equivalente in sabbia Limite di liquidità Indice di plasticità 35% N.P. 25% 25% 6% P a s s a n t e [ % ] Fuso tipo A 1 Fuso tipo A 2 2. Il cemento ( conforme alla norma UNI EN ) non deve essere a rapido indurimento in quanto non consentirebbe un adeguato tempo di lavorazione L acqual deve essere esente da impurità e da materie organiche ,1 Diametro granuli [mm] Mombaroccio ( Pesaro ) 9

10 misto cementato [ esempio 1 ] Caratteristiche dei riciclati di macerie (*) e di calcestruzzo utilizzati per la realizzazione di misti cementati : Tipo di riciclato Indice di forma Equivalente in sabbia Valore di blu Assorbimento macerie (*) 36 % 63 % 1.5 g/kg 1.3 % calcestruzzo 40 % 65 % 1.5 g/kg 1.2 % P assan te [% ] Macerie Calcestruzzo Fuso tipo A1 Massa volumica 2.63 Mg/m Mg/m 3 20 Coeff. Los Angeles 30 % 27 % ,1 0,01 Diametro granuli [mm] (*) macerie = aggregato costituito da laterizi, calcestruzzo e aggregato naturale miscelati alla stessa percentuale Mombaroccio ( Pesaro ) 10

11 misto cementato [ esempio 1 ] Tipo di riciclato ( materiale trattato con il 3% di cemento ) Resistenza a compressione (R( c ) Resistenza a trazione indiretta (R( t ) macerie 3.0 MPa 0.21 MPa calcestruzzo 3.6 MPa 0.27 MPa macerie Sezione di due provini di misto cementato calcestruzzo Mombaroccio ( Pesaro ) 11

12 misto cementato [ esempio 2 ] Principali caratteristiche di due riciclati ( calcestruzzo zo e laterizio ) utilizzati per la realizzazione di strati cementati. Il materiale è stato trattato con il 4% di cemento e le prove di compressione sono state eseguite dopo 7 giorni di maturazione in ambiente controllato. Tipo di riciclato laterizio calcestruzzo Indice di forma Equivalente in sabbia Valore di blu Assorbimento 37% 60% 1.0 g/kg 1.5% 30% 57% 1.5 g/kg 1.9% P a s s a n te [% ] Calcestruzzo Laterizio Fuso di tipo A1 Massa volumica Coeff.Los Angeles Resist.compressione 2.63 Mg/m 3 30% 3.1 MPa 2.69 Mg/m 3 28% 4.0 MPa ,1 Diametro granuli [mm] Mombaroccio ( Pesaro ) 12

13 misto cementato [ esempio 3 ] Prove di carico su piastra (CNR BU N 146) eseguite su misto cementato realizzato con aggregato gato riciclato misto ( prove eseguite dopo 4 ore dalla posa in opera ) ( attrezzatura di prova ) 0,0 Pressione [N/mm 2 ] 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 M o d u l o [ N / m m 2 ] Prescrizione ANAS C e d i m e n t o [ m m ] 0,2 0,4 0,6 1 Ciclo di carico 2 Ciclo di carico ( valori di Md ) ,8 1,0 ( grafico di prova ) Prova [N] Mombaroccio ( Pesaro ) 13

14 sabbia riciclata stabilizzata [ esempio 4 ] Caratteristiche di una sabbia riciclata proveniente dalla frantumazione di laterizi e calcestruzzo in parti uguali. Diametro massimo 8 mm 80 Passante al 4 mm Passante allo 0.42 mm Passante allo mm Equivalente in sabbia 95% 22% 15% 51% P a s s a n t e [ % ] Valore di blu 2.2 g/kg 20 Indice di plasticità Assorbimento N.P. 1.6% ,1 0,01 Diametro granuli [mm] Mombaroccio ( Pesaro ) 14

15 sabbia riciclata stabilizzata [ esempio 4 ] Il grafico rappresenta l andamento l della resistenza a compressione in funzione del tempo di maturazione; la sabbia è stata trattata con il 3% di cemento e le prove sono state eseguite dopo 1, 7 e 28 giorni di maturazione. La resistenza a compressione dopo 4 giorni di immersione in acqua o dopo 10 cicli di gelo- disgelo risulta essere al 90% della resistenza dopo stagionatura tradizionale. R esisten z a a co m p ressio n e [kp a] stagionatura standard 14 giorni di immersione in acqua 1 giorno di immersione in acqua + 13 cicli di gelo-disgelo Provino dopo la rottura Provino immerso in acqua Tempo di maturazione [giorni] Mombaroccio ( Pesaro ) 15

16 sabbia riciclata stabilizzata [ esempio 4 ] Resistenze a compressione ( Rc ) e di trazione indiretta ( Rt ) : Stagionatura ( giorni ) Prova di compressione: piano di rottura Rc ( MPa ) Rt ( MPa ) brasiliana: rottura provino Mombaroccio ( Pesaro ) 16

17 sabbia con ghiaia stabilizzata [ esempio 5 ] Effetto della compattazione sulla distribuzione granulometrica l alto e produzione di finissimo P post-compatazzione P ( spostamento della curva verso pre-compattazione ); Effetto della percentuale di legante sulla resistenza a compressione c ( prove eseguite dopo 7 giorni di stagionatura in ambiente controllato su provini confezionati secondo la procedura dei misti cementati ). Passante [%] Prima della compattazione Dopo la compattazione 10 1 Diametro granuli [mm] 0,1 (a) 0,01 Resistenza a compressione [MPa] Cemento [%] (b) Mombaroccio ( Pesaro ) 17

18 conclusioni Con il trattamento a cemento è possibile valorizzare gli aggregati riciclati e quindi ampliare le possibilità del loro utilizzo in ambito stradale; il trattamento, oltre a migliorare le caratteristiche meccaniche dei materiali li rende insensibili all acqua acqua ed al gelo. Studi sperimentali rivolti alla possibilità di utilizzo dei materiali da riciclo come aggregati nel confezionamento di misti cementati hanno evidenziato che è possibile raggiungere resistenze conformi alle prescrizioni riportate nella norma CNR-BU N 29 ( norme sui misti cementati). In fase esecutiva è necessario controllare che i requisiti dei materiali utilizzati siano conformi alle caratteristiche di progetto; solo così sarà possibile ottenere le prestazioni previste e programmate dallo studio preliminare. Mombaroccio ( Pesaro ) 18