Il calcestruzzo con inerti da riciclaggio: lo stato della ricerca e i livelli prestazionali

Come trasformare il problema dei rifiuti edili in potenziale risorsa

Le evidenze scientifiche emerse dagli studi svolti, con diversi livelli gerarchici e di approfondimento, sui temi delle mutazioni climatiche, della riduzione di emissioni inquinanti, dell’impiego consapevole di risorse primarie (energia e materia), dal primo protocollo di Kyoto (1997) alle più recenti conferenze sull’argomento, hanno evidenziato la necessità di affrontare e risolvere il problema dei rifiuti anche in termini di potenziale risorsa. In particolare, secondo il principio e le politiche europee di circular economy e zero waste il ricorso a prodotti riciclati contribuisce alla sostenibilità in edilizia.

Proprio questa considerazione consente di mettere a sistema un quadro unitario di ricerca seppur secondo approcci differenziati ma interscambiabili: tale scelta consentirà, infatti, sia di indagare diverse opzioni di recupero, riciclo, riduzione, riuso dei rifiuti (negli impasti per calcestruzzi, massetti, pavimentazioni, intonaci) sia di approfondire tali opzioni da diversi punti di vista, dalla valutazione del ciclo di vita integrale (C2C) alla caratterizzazione prestazionale di materiali e componenti che impiegano materie prime seconde e di riutilizzo senza trascurare l’indagine storica, il quadro normativo vigente nelle sue sfaccettature, le ricadute formali in architettura e le stime tecnico-economiche. 

Nonostante l’attualità del tema, si nota una certa carenza di informazione sulle possibilità applicative di tale tecnologia. In ambito progettuale va individuata una regola dei prodotti riciclati e comprendere quali caratterizzazioni prestazionali debbano essere considerate, senza trascurare le problematiche di posa in opera per l’assenza delle necessarie capacità tecniche delle maestranze.

Proprio per il settore edile si prefigurano come esiti della ricerca:

• l’individuazione di aspetti formali che incentivino la qualità di prodotti e componenti per impieghi in architettura;
• la definizione di protocolli normativi delle prove sperimentali su materiali e componenti riciclati;
• la redazione di schede tecniche dedicate ai prodotti sperimentati;
• la valutazione tecnico-economica comparativa fra prodotti da MPS e corrispondenti da materie prime;
• il confronto in termini di sfruttamento/risparmio di risorse materiali ed energetiche fra prodotti da MPS e corrispondenti da materie prime anche mediante valutazioni di C2C.

Sintetizzare lo stato della ricerca nel settore e dei livelli prestazionali raggiungibili con i conglomerati con inerti da riciclaggio è operazione riduttiva e complessa, pertanto si riportano i risultati ottenuti secondo le diverse ottiche con cui si intende guardare al problema dei rifiuti nel settore edile. 

A cominciare dalla direttiva quadro sui rifiuti 2008/98/CE del 19/11/2008 che ha introdotto un approccio gerarchico al problema mediante un ciclo integrato capace di ridurre gli sprechi fino al massimo limite possibile da tradurre in risorse materiali e/o energetiche, con la regola semplice, detta delle quattro R per i rifiuti: Riduzione, Riuso (nella stessa o con diversa funzione), Riciclo (con la conversione di rifiuti in prodotti utili), Recupero di altro tipo (produzione di energia). Molte anche le norme italiane ma caratterizzate da scarsa chiarezza.

L'utilizzo di aggregati da riciclo nell'ambito produttivo

In ambito produttivo, con riferimento a un settore commercialmente promettente quale quello degli aggregati derivati da rifiuti, scarti e simili, per impasti cementizi di varia destinazione gli studi condotti vedono delineate due filosofie di approccio: una “esogena” e una “endogena”.

La possibilità “esogena” per ottenere aggregati può tradursi nell’evitare, riciclandoli, la fine in discarica di rifiuti solidi urbani, nello specifico plastica post-consumo oppure polvere di vetro residuale da processi di frantumazione. Una ricerca avviata sulle plastiche post consumo dieci anni fa, presso il DPCE dell’Università degli Studi di Palermo, ha testato la possibilità di sostituire con granuli derivati da bottiglie di PET percentuali di aggregato minerale in un calcestruzzo, valutandone le prestazioni meccaniche. Molti progetti sperimentali, nell’ambito del CIP-Eco-Innovation 2008-2013 hanno prodotto tecnologie specifiche per la produzione di aggregati riciclati, scaglie e granuli espansi, da plastica post-consumo. Rilevante, anche, gli studi svolti da India, Iraq, Turchia, Corea del Sud, Giordania e Malaysia, tutti rivolti per quasi un ventennio alla valutazione degli effetti della sostituzione, in percentuali variabili, della componente fine dell’aggregato minerale con aggregato plastico, sulle prestazioni dei calcestruzzi strutturali. In particolare, gli studi relativi alla polvere di vetro per il confezionamento delle malte sono stati avviati dalla Università degli Studi della Campania Luigi Vanvitelli che dal 2012 ha in corso sperimentazioni per la determinazione di un quadro prestazionale da confrontare con quello di impasti a base di inerti minerali.

Il percorso “endogeno” nasce dal criterio di frantumare malte e calcestruzzi provenienti da rifiuti post-consumo da Costruzione & Demolizione: in Europa ammontano al 25-30% in volume sul totale di quelli prodotti (E.E.A. Report, 2012) e ciò spiega perché a partire dalla Waste Framework Directive 2008/98/CE siano state richieste agli stati membri strategie per raggiungere nel 2020 il target del 70% (in peso) di riuso, recupero e riciclo dei rifiuti edili (Report from Service contract on management of construction and demolition waste, SR1 - 2011). In Italia un rilevante numero di ricerche ha già condotto a una determinazione normativa di impiego contemplata nelle NTC, ma si segnala l’assenza di valutazioni tecnico-economiche ed energetico-ambientali. In tal senso è potenzialmente promettente la evoluzione della metodologia Life Cycle Assessment del 2006, la “cradle to cradle”, introdotta da Walter Stahel nel 1976 e sviluppata da Mc Donough e Braungart - EPE Agency di Amburgo (DE). 

Il principio metodologico che guida lo svolgimento dell’attività di ricerca del settore fa riferimento a due requisiti irrinunciabili e inscindibili: la multidisciplinarietà e l’integrazione. Obiettivo primario e condiviso da un gruppo delineato di ricerca italiano è quello di sistematizzare una materia della cui ineludibilità, supportata da studi, ricerche, leggi, protocolli, pubblicazioni, più nessuno dubita ma che, pur avendo già una storia meritevole di indagine, manca a tutt’oggi di un quadro di riferimento teorico e applicativo specifico per il processo edilizio nel suo insieme in grado di chiarire ai vari livelli (produttivo, ecologico/ambientale, progettuale, costruttivo e architettonico, cantieristico, tecnico-economico, normativo) le reali possibilità e l’effettiva convenienza di materiali e componenti ottenuti da rifiuti e scarti dello stesso o di diversi settori produttivi. Nell’ottica di un simile sforzo si potranno, attraverso la concretezza dei risultati, sconfessare i pregiudizi che hanno gravato e gravano tuttora sull’argomento e al contempo sanare le carenze dovute ad approfondimenti mancati o insufficienti o insoluti e finalmente: 

• superare le perplessità nei confronti dell’estetica dei prodotti (derivate da una scarsa attenzione da parte di produttori e progettisti verso il design eco-orientato).
• chiarire il dubbio che i prodotti derivati da materie prime seconde abbiano caratteristiche prestazionali inferiori rispetto a quelli derivati da materie prime vergini (sono ancora rari gli studi di caratterizzazione dei prodotti riciclati, pochissimo si conosce sulla durabilità e non ci sono indicazioni normative che forniscano protocolli per la certificazione di prodotto);
• eliminare l’incertezza sul valore aggiunto in termini di prestazioni (sempre più frequentemente si va comprendendo che si dovrebbe ambire a proprietà tecniche diverse da quelle convenzionali, ma la sperimentazione per questa dimostrazione è da condurre);
• sfatare il convincimento strisciante che la convenienza economica non sia sempre pagante perché la filiera dei rifiuti è discontinua e richiede strumentazioni e cicli dedicati assai costosi, accompagnato al dubbio sull’effettivo risparmio di risorse materiali ed energetiche per l’ecosistema (gli studi di settore di C2C di prodotto o di componente sono insufficienti);
• implementare e ricalibrare l’apparato normativo (esagerato per numero di documenti provenienti da enti normatori geograficamente e giuridicamente diversi) e quindi migliorarne le ricadute e la comprensione del settore produttivo, professionale e delle PP.AA.

Ancora lontana la cultura del rifiuto

In sostanza, come emerge dall’analisi dello stato dell’arte, si avverte una cultura del rifiuto in edilizia presente in molti degli strumenti predisposti, procedurali, economici, attuativi, ma ancora non significativamente penetrata nel contesto progettuale ed esecutivo dovuta alla mancanza di una regia complessiva che incentivi e supporti  le molteplici iniziative, riequilibri i diversi gradi di sviluppo dei diversi ambiti delle filiere sul territorio, individui strategie per rendere evidente, appetibile e necessaria l’applicazione del prodotto finito riciclato e/o riciclabile.

In funzione di quanto prima esposto occorre realizzare una cerniera fra il panorama produttivo e quello costruttivo individuando i fattori che limitano l’applicazione dei prodotti sperimentali e le reticenze del cantiere ad accogliere impasti e componenti riciclati e quindi prefigurare strumenti strategici per alimentare una politica di incentivazione della riduzione, riuso, riciclaggio, recupero dei rifiuti. 

Proseguendo campagne di prove sperimentali, orientate in base ai risultati già ottenuti riportate in particolare nei tre volumi degli atti del ciclo delle giornate di studi internazionali su “Il riciclaggio come pratica virtuosa per il progetto sostenibile” organizzate con cadenza biennale presso il Dipartimento di Architettura dell’Università degli Studi di Roma Tre per cura del Prof. Adolfo Baratta e le pubblicazioni presentate dal gruppo di ricerca prima menzionato [1] si possono già valutare le caratteristiche prestazionali delle miscele a base di materie prime seconde (aggregati plastici, vetrosi e da C&D), da confrontare con quelle degli analoghi a base di materie prime vergini (aggregati minerali). Si sono condotti studi di caratterizzazione energetica e meccanica, di durabilità, di resistenza al fuoco, sismica ed economica e definiti protocolli omogenei per la certificazione dei materiali sperimentati. Il risultato specifico è proprio quello di contribuire alla diffusione commerciale dei prodotti, anche dei pochi già presenti sul mercato edilizio, mediante un accreditamento che garantisca, in modo scientificamente corretto e applicativamente efficace, qualità tecnica, convenienza tecnico-economica e conformità ecologica a fronte dei prodotti equivalenti da materiale vergine. In tale ottica, procedendo nell’analisi si individuerà in modo sistematico la validità, la ricorrenza e la diffusione dei criteri ambientali (GPP), si verificherà la capacità della PP.AA. di eco-orientare le attività in edilizia, constatando al contempo il grado di consapevolezza dei progettisti delle potenzialità insite nei rifiuti edili.

Il risultato atteso è quello di individuare sia vuoti e incongruenze normative che gli effetti sinora conseguiti dalle applicazioni così da poter contribuire allo snellimento normativo fino alla concezione di un testo unico che possa rappresentare un riferimento certo e chiaro alle varie scale. In sostanza si vuole giungere a determinare i fattori che, all’interno del settore edilizio, maggiormente incidono sulla possibilità di ottemperare ai due obiettivi che si rifanno al principio della C2C: costruire edifici che prevedano, sin dalla fase iniziale di progetto, il minor numero possibile di scarti e rifiuti in fase di esercizio, gestione, riconversione ed eventuale dismissione/demolizione; utilizzare impasti ed elementi costruttivi riciclati e/o passibili di riutilizzo all’interno del ciclo produttivo trovando quindi nuova vita. 

Sulla base dell’analisi delle esperienze già condotte in campo industriale e avendone avviato il trasferimento in ambito edilizio si validerà un processo produttivo in cui i materiali da MPV e MPS sono in un ciclo continuo e possono essere utilizzati più volte con funzioni anche differenti secondo due tipi di metabolismo: a) biologico (biosfera) che reintroduce i materiali nel ciclo della natura; b) tecnico (tecnosfera) riguardante materiali e prodotti che, in un sistema produttivo a ciclo chiuso, sono preziosi per l’industria. L’obiettivo è la definizione di una strategia di approccio al progetto edilizio e, in particolare, alla scelta opportuna di elementi e sistemi costruttivi, che consenta di definire criteri per la minimizzazione dei rifiuti e per l’eventuale riutilizzo nel ciclo edilizio post-dismissione nonché la verifica di convenienza della scelta di MPS in termini di risparmio di risorse materiali ed energetiche per l’ecosistema mediante valutazioni di conformità ecologica dei prodotti sperimentati. Un primo gruppo di risultati attiene alla “fruizione progettuale” e contempla:

• soluzioni di design eco-orientato estese fino alla concezione architettonica con cui conseguire l’accettazione culturale di un’estetica dei prodotti riciclati;
• protocolli normativi inerenti la definizione univoca delle caratteristiche tecniche certificate di impasti e componenti, con valori di soglia ingegneristici e modalità di prova standardizzate;
• schede tecniche normalizzate concepite per rendere possibili confronti oggettivi ai fini di scelte consapevoli;
• linee guida C2C edificio destinate a eco-orientare la progettazione architettonica. 

Un secondo gruppo di risultati riguarda la filiera produttiva e contempla:

• semplificazioni dei processi industriali fino a ottimizzare le filiere produttive;
• valutazioni C2C di prodotto per accertarne l’effettiva sostenibilità;
• procedure di corretta valutazione tecnico-economica e conseguente stabilizzazione dei costi;
• brevetti o modelli di utilità di impasti e/o componenti come evidenza di innovazione tecnologica;
• spin off accademico per la produzione di premiscelati e componenti.

Un terzo gruppo è inerente la promozione commerciale e gli impieghi costruttivi dei nuovi prodotti e contempla:

• azioni di sensibilizzazione della pubblica amministrazione, da quella locale a quella regionale, per implementare, integrare, applicare strumenti programmatici e operativi necessari per incentivare l’uso dei prodotti riciclati;
• linee guida e manuali d’uso per la posa in opera; 
• strumenti tecnico-amministrativi (descrizioni di capitolato, voci per elenchi prezzi).

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