Riciclo del calcestruzzo. Il progetto sperimentale Meisar

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Il dipartimento di Ingegneria civile dell’università di Cagliari ha concluso un lavoro di ricerca con un cluster di aziende del settore. Demolite in modo selettivo alcune strutture dello stadio Sant’Elia. Dei risultati della sperimentazione ne parla la responsabile scientifica Luisa Pani

Riciclo del calcestruzzo. Il progetto sperimentale Meisar
Demolizione parziale della trave in elevazione dello stadio Sant’Elia di Cagliari

Indice degli argomenti:

Per la filiera del comparto delle costruzioni il riutilizzo del calcestruzzo proveniente dall’attività di demolizione è una delle strade obbligate per allinearsi agli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera e per intraprendere la strada dell’economia circolare.

Come noto, siamo alle prese con una catena piuttosto lunga, che va dalla produzione del cemento all’attività di estrazione degli inerti, dalla realizzazione delle opere in calcestruzzo e cemento armato alla loro demolizione e reimpiego.

Stiamo parlando di un comparto che in Italia raggruppa migliaia di impianti di produzione del calcestruzzo e di altrettanti siti produttivi di società di prefabbricazione, premiscelazione, rivendita e imprese di costruzione.

Un settore che secondo i dati del Rapporto di sostenibilità di Federbeton del 2019, con i suoi 10 miliardi di fatturato e gli oltre 40mila addetti, vale l’8% del mercato delle costruzioni (i dati si riferiscono alle attività di produzione di cemento, calcestruzzo preconfezionato, additivi, travi reticolari, pavimentazioni continue, acciai sismici per il cemento armato e macchine edili, stradali e minerarie; nda).

Ma se per un pezzo importante dell’economia nazionale la sostenibilità è una strada segnata, va riconosciuto che il percorso è ancora lungo e pieno di ostacoli: non esiste infatti nel nostro Paese una filiera produttiva strutturata basti pensare agli impianti di riciclaggio dei materiali da costruzione e demolizione, seppure distribuiti nel territorio, sono ancora poco organizzati per la commercializzazione. Ad esempio, la normativa vigente richiede la marcatura Ce degli aggregati riciclati per il loro impiego nel calcestruzzo strutturale, ma la stragrande maggioranza degli impianti di riciclaggio non ne ha ancora attivato il processo.  Inoltre, numerose sono le criticità esistenti, come la diffidenza nell’uso di prodotti derivati dai rifiuti da C&D, l’assenza nei capitolati d’appalto dell’obbligo di impiego di prodotti da riciclo, lo scarso utilizzo delle tecniche di demolizione selettiva, solo per citare le difficoltà maggiori.

Il progetto sperimentale Meisar

In attesa del cambiamento, sono di conforto le non poche ricerche che alcune imprese del settore, in collaborazione con alcune università italiane, stanno conducendo sul reimpiego del calcestruzzo proveniente da demolizione.

Riciclo del calcestruzzo. Il progetto sperimentale Meisar a Cagliari
Demolizione parziale del blocco di fondazione dello stadio

Ne è un esempio il progetto sperimentale Meisar – Materiali per l’edilizia e le infrastrutture sostenibili e gli aggregati riciclati – condotto dal dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e architettura dell’università di Cagliari, a cui hanno partecipato quattro impianti di riciclaggio di materiali da C&D (Ecofrantumazioni, Ecoinerti, Rer Rifiuti Edili Recycle, Smt), due società di produzione di calcestruzzi preconfezionati (Calcestruzzi e Calcestruzzi Sarda Torpé), tre aziende di prefabbricazione (Fornaci Scanu, Manufatti in cemento di Roberto Farris, Componenti Vibrocemento Sardegna), una società di consulenza tecnica (Ingegneria e Ambiente) e una di indagini strutturali (Secured Solutions).

Riciclo del calcestruzzo. Il progetto sperimentale Meisar a Cagliari
Carotaggio della trave in elevazione dello stadio per qualificare le caratteristiche prestazionali e di conservazione del calcestruzzo

Oggetto della sperimentazione una porzione delle strutture in cemento armato dello stadio Sant’Elia di Cagliari, che sono state prima caratterizzate, per valutarne le prestazioni meccaniche e lo stato di conservazione, poi demolite in maniera selettiva e infine classificate per valutarne il riuso come materie prime seconde per la realizzazione di nuovi calcestruzzi strutturali (l’impianto sportivo cagliaritano tra non molto dovrà essere demolito, per essere sostituito con uno stadio di nuova generazione; nda).

Progetto di riciclo del calcestruzzo: Aggregati riciclati prodotti dalle macerie di demolizione del blocco di fondazione

Il progetto, avviato nel 2017 grazie a un bando finanziato da Sardegna Ricerche con fondi PorFesr  2014-2020 e a un consistente finanziamento regionale, si è concluso nel giugno scorso.

Due i macro obiettivi: attivare una filiera di produzione del calcestruzzo riciclato con caratteristiche prestazionali idonee; produrre elementi prefabbricati realizzati con calcestruzzo riciclato.

Parla la responsabile scientifica del progetto

Luisa Pani, ricercatrice in Tecnica delle costruzioni dell’università di CagliariLuisa Pani, ricercatrice in Tecnica delle costruzioni dell’università sarda e responsabile scientifico del progetto, ci racconta i contenuti di Meisar.

«La natura dei materiali derivanti da C&D è variabile; di conseguenza, la conoscenza delle loro caratteristiche è un tema da affrontare urgentemente, per garantire in futuro il riciclo e l’uso di questi materiali nelle pratiche comuni. Nel caso specifico dell’Italia, il settore delle costruzioni è caratterizzato da una forte variabilità di materiali impiegati. Gli impianti per il conferimento dei rifiuti e il loro riciclaggio, localizzati in aree diverse del territorio nazionale, sono utilizzati da differenti bacini di utenza, dove vengono recapitati materiali molto diversi tra loro. Per questo motivo i prodotti riciclati hanno proprietà differenti, di conseguenza ciascun impianto dovrebbe dotarsi di strumenti adatti alla caratterizzazione del proprio prodotto».

La premessa della responsabile scientifica del Meisar porta inevitabilmente a concludere che uno dei problemi, forse il principale, si chiama qualità.

«Questo è un tema delicato da affrontare – continua Pani . In generale la qualità del prodotto in ingresso di un impianto di recupero è una buona garanzia sulla qualità del prodotto in uscita. La qualità del materiale conferito non riguarda solo le sue caratteristiche meccaniche, ma anche un insieme di fattori, quali l’assenza di frazioni pericolose, l’omogeneità del rifiuto da C&D e il carattere dell’intervento di demolizione».

Fondamentale per la qualità del prodotto, sia in entrata che in uscita, sta nella possibilità di impiegare le tecniche della demolizione selettiva, che ben si adattano alle grandi strutture da demolire, meno nei piccoli interventi gestiti in prevalenza da micro imprese.

Le fasi del progetto

Dopo la realizzazione di un sito web dedicato e di due banche dati – la prima sulle normative tecniche dei materiali riciclati, la seconda sullo stato dell’arte dei temi oggetto della sperimentazione –  il progetto Meisar si è sviluppato per fasi.

La prima ha riguardato l’individuazione sul territorio regionale degli impianti di riciclaggio di materie prime seconde in grado di fornire aggregati riciclati.

Ha fatto poi seguito la caratterizzazione fisico-chimica-meccanica degli aggregati riciclati provenienti dagli impianti di riciclaggio, ottenuti dalla frantumazione di blocchi di calcestruzzo delle travi di elevazione e dei blocchi di fondazione dello stadio di calcio (l’operazione è stata possibile grazie alla collaborazione tra Regione, Comune, Cagliari calcio e Università; nda).

Progetto di riciclo del calcestruzzo: Setacciatura degli aggregati riciclati per determinare la curva granulometrica
Setacciatura degli aggregati riciclati per determinare la curva granulometrica

Terzo step è consistito nelle verifiche di compatibilità e sostenibilità economico-ambientale circa l’utilizzo degli aggregati riciclati sottoposti anch’essi alle prove richieste per la marcatura Ce.

Progetto di riciclo del calcestruzzo: Misurazione dell’aggregato riciclato per valutare l’indice di forma
Misurazione dell’aggregato riciclato per valutare l’indice di forma

La quarta fase si è concentrata nella definizione di miscele ottimali in funzione della reologia del calcestruzzo riciclato fresco e di altre caratteristiche fisico-meccaniche dei nuovi calcestruzzi confezionati con gli aggregati riciclati (l’attività è stata condotta in collaborazione con Calcestruzzi, società del gruppo HeidelbergCement, che nel suo stabilimento di Quartu ha confezionato il prodotto).

Progetto di riciclo del calcestruzzo: Miscela di calcestruzzo riciclato
Miscela di calcestruzzo riciclato

Successivamente si è proceduto alla caratterizzazione teoricosperimentale fisico-meccanica di manufatti in calcestruzzo riciclato armato e non armato. In particolare dell’utilizzo di aggregati grossi riciclati per la produzione di blocchi in calcestruzzo riciclato e di plinti prefabbricati a bicchiere in calcestruzzo riciclato armato.

L’ultima fase si è occupata della sensibilizzazione degli enti locali e degli operatori del settore riguardo le potenzialità di impegno economico ed ecosostenibile degli inerti riciclati per strutture e infrastrutture.

Le luci della sperimentazione…

«I calcestruzzi riciclati confezionati con aggregati riciclati grossi in differente percentuale di sostituzione degli aggregati naturali grossi (30%, 50% e 80%), hanno mostrato – prosegue la docente – caratteristiche resistive del tutto simili a un calcestruzzo con identica miscela, confezionato però solo con aggregati naturali. Le prove di durabilità sul calcestruzzo riciclato confezionato con il 30% di aggregati riciclati grossi in sostituzione dei naturali, hanno mostrato risultati in linea con il calcestruzzo ordinario. Leggermente inferiori sono risultate le prestazioni di durabilità con una percentuale di sostituzione dell’80%. Ciò non va inteso come un problema, in quanto si tratta di parametri comunque idonei per l’impiego anche in ambito strutturale. Le norme di riferimento impiegate impongono condizioni di prova particolarmente severe: pertanto, per valutare l’effettiva durabilità dei calcestruzzi riciclati occorrerebbe effettuare prove simulando le effettive condizioni ambientali. In generale, il risultato conseguito dimostra che gli aggregati riciclati di solo calcestruzzo posseggono caratteristiche idonee per il loro impiego nel calcestruzzo strutturale, pertanto possono essere utilizzati all’uscita del processo di frantumazione. Diventa quindi indispensabile eseguire una demolizione selettiva, in modo che negli impianti di riciclaggio di prima-seconda categoria tipo A il materiale arrivi suddiviso. In tal modo si ottengono macerie di pregio, che possono essere facilmente riciclate. In ogni caso gli impianti di riciclaggio che commercializzano aggregati riciclati di solo calcestruzzo devono provvedere alla marcatura Ce».

Plinto di fondazione prefabbricato confezionato con calcestruzzo riciclato
Plinto di fondazione prefabbricato confezionato con calcestruzzo riciclato

Per quanto riguarda le prestazioni dei blocchi forati di cls prodotti con aggregati riciclati, i risultati della sperimentazione dimostrano che i dati sono paragonabili a quelli ottenuti sui blocchi forati di calcestruzzo realizzati esclusivamente con aggregati naturali.

Produzione di blocchetti di calcestruzzo riciclato
Produzione di blocchetti di calcestruzzo riciclato

«Per percentuali di sostituzione fino al 50%, l’assorbimento e la resistenza a compressione non sono influenzati dalla presenza degli aggregati riciclati. Per percentuale di sostituzione del 70% si osserva invece un leggero aumento dell’assorbimento e una leggera diminuzione della resistenza a compressione dei blocchi di calcestruzzo riciclato rispetto a quelli naturali. La possibilità di utilizzare aggregati riciclati per confezionare manufatti prefabbricati in calcestruzzo riciclato armato e non armato è una grande opportunità per la salvaguardia dell’ambiente e consentirebbe la riduzione dei costi di produzione oltre a ridurre drasticamente i costi del conferimento in discarica, in quanto gli sfridi di lavorazione, opportunamente frantumati potrebbero essere reinseriti nel processo di produzione».

Riciclo del calcestruzzo, Un impianto di frantumazione
Un impianto di frantumazione

…E le (poche) ombre

In origine il progetto prevedeva la caratterizzazione degli aggregati riciclati provenienti dagli impianti di riciclaggio aderenti al progetto Meisar. La campagna sperimentale invece è stata condotta sugli aggregati riciclati prodotti dalla frantumazione di due elementi strutturali in calcestruzzo dello stadio Sant’Elia.

«La modifica è dipesa da tre fattori. Gli impianti di riciclaggio di materie prime seconde hanno difficoltà a fornire aggregati riciclati di solo calcestruzzo. La demolizione selettiva è praticamente del tutto assente e le macerie da demolizione sono conferite nelle discariche in modo indifferenziato. Attualmente gli impianti di riciclaggio, non avendo un mercato dedicato di aggregati riciclati di solo calcestruzzo, commercializzano usualmente aggregati riciclati misti, nei quali coesistono laterizi, materiali ceramici e calcestruzzo, non idonei alle attività previste dal progetto. Non era stato quindi possibile correlare le prestazioni degli aggregati e del calcestruzzo riciclato con le caratteristiche prestazionali del calcestruzzo sorgente, poiché negli impianti di riciclaggio arrivano i rifiuti da costruzione e demolizione di calcestruzzo del quale non si conosce l’età, la provenienza, le prestazioni meccaniche e lo stato di conservazione. La campagna sperimentale condotta sugli aggregati riciclati prodotti dal calcestruzzo del Sant’Elia ha invece consentito di sviluppare un’analisi che ha messo in relazione le prestazioni degli aggregati e del calcestruzzo riciclato con le prestazioni del calcestruzzo genitore. L’uso degli aggregati riciclati nei lavori pubblici e privati – conclude Pani – ha bisogno di essere promosso tra gli addetti ai lavori, in quanto non esistono ostacoli tecnico-scientifici. Risponde in pieno alla strategia zero waste, nella quale i rifiuti non sono considerati scarti, ma risorse da riutilizzare come materie prime-seconde, oltre che essere considerati materiali rispondenti ai criteri ambientali minimi».

Grazie all’attività di ricerca dell’ateneo cagliaritano, per la prima volta la regione Sardegna ha introdotto nel prezziario regionale la voce aggregati riciclati per l’impiego nel calcestruzzo strutturale.

Le foto dell’articolo sono state realizzate dai ricercatori del dipartimento di Ingegneria civile dell’università di Cagliari