L’impiego delle ceneri pesanti da RSU nelle pavimentazioni stradali: stato dell’arte

Università degli studi di Udine

Dipartimento Politecnico di Ingegneria e Architettura

Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Civile

Tesi di Laurea

L’impiego delle ceneri pesanti da RSU nelle pavimentazioni stradali: stato dell’arte

Relatore Laureando

Prof. Ing. Nicola Baldo Fabio Rondinella

Anno accademico 2015-2016

“Nullius boni sine socio iucunda possessio est”

L.A. Seneca

Abstract

La necessità di collegare sempre più punti di interesse, unita al miglioramento delle tecnologie di messa in opera, ha portato - negli ultimi anni - all’aumento esponenziale di infrastrutture viarie presenti sul tessuto urbano.

Non ci si è, però, mai seriamente preoccupati della rinnovabilità delle materie prime e dell’inquinamento ambientale.

In un periodo di crisi economica come quello attuale, in cui l’aspetto della sostenibilità delle costruzioni diventa sempre più una priorità in fase di progettazione, è necessario fare un passo indietro e riconsiderare i problemi.

Negli ultimi anni l’attenzione si è, di conseguenza, spostata verso una valida alternativa ecocompatibile all’aggregato naturale che sia in grado di ridurre il costo dell’infrastruttura e, al tempo stesso, garantirne eguali prestazioni tecniche e di durabilità: i materiali alternativi.

È possibile, infatti, attraverso dei trattamenti opportunamente normati trasformare numerosi prodotti di scarto accuratamente selezionati in risorse utilizzabili nella costruzione di pavimentazioni stradali.

Assumono un ruolo sempre più predominante, dunque, questi materiali alternativi che, sostituiti in diverse percentuali all’interno delle miscele, consentono un risparmio economico non indifferente.

All’interno di questo lavoro di tesi verrà dunque ampiamente trattato l’utilizzo di ceneri pesanti derivanti dall’incenerimento dei rifiuti solidi urbani nelle pavimentazioni stradali.

Verranno, inoltre, fornite indicazioni tecniche sulla quantità e la qualità di materiale impiegabile e considerazioni di carattere ambientale, improntate sul rilascio di metalli pesanti che possano inquinare l’ambiente circostante.

II

Indice

Introduzione ...................................................................................................... 1

Capitolo 1 ............................................................................................................. 3

Generalità sulle pavimentazioni stradali .................................. 3

1.1 Introduzione alle Pavimentazioni Stradali ......................................................... 3

1.2 I Materiali Stradali e la Classificazione delle pavimentazioni ........................... 5

1.2.1 I Materiali Convenzionali ........................................................................... 5

1.2.2 Classificazione delle Pavimentazioni Stradali .......................................... 13

1.3 I Materiali Alternativi e le nuove Prospettive .................................................. 15

1.3.1 L’aggregato da C&D ................................................................................. 16

1.3.2 Scorie di acciaieria da forno ad arco elettrico (EAF) ................................ 17

1.3.3 Granulato di Gomma ................................................................................. 18

1.3.4 Ceneri Pesanti da Incenerimento di Rifiuti Solidi Urbani ........................ 20

Capitolo 2 ........................................................................................................... 21

Cenni allo smaltimento dei rifiuti solidi urbani .................. 21

2.1 Introduzione ai Rifiuti Solidi Urbani ............................................................... 21

2.2 Caratterizzazione dei RSU ............................................................................... 22

2.2.1 Aspetto qualitativo .................................................................................... 23

2.2.2 Aspetto quantitativo .................................................................................. 23

2.2.3 Aspetto economico .................................................................................... 27

2.3 Smaltimento dei RSU ....................................................................................... 29

2.3.1 Le discariche controllate ........................................................................... 30

2.3.2 Il compostaggio ......................................................................................... 31

2.3.3 Il riciclaggio .............................................................................................. 32

2.3.4 L’incenerimento ........................................................................................ 32

2.4 Generalità sulle ceneri pesanti ......................................................................... 33

Capitolo 3 ........................................................................................................... 37

Stato dell’arte .............................................................................................. 37

3.1 Composizione delle ceneri pesanti da incenerimento dei rifiuti solidi urbani . 37

3.2 Caratterizzazione delle ceneri pesanti .............................................................. 41

3.3 Proprietà fisiche ed ambientali dei conglomerati bituminosi contenenti ceneri pesanti .................................................................................................................... 48

III

3.4 Studio preliminare sull’utilizzo delle ceneri pesanti da incenerimento dei rifiuti solidi urbani nelle pavimentazioni stradali ............................................................. 50

3.5 Applicazione pratica: la US Route 3, Laconia, New Hampshire ..................... 56

Conclusioni ....................................................................................................... 61

Bibliografia ...................................................................................................... 63

Sitografia ........................................................................................................... 64

IV

Elenco delle figure

Fig. 1.1.1: Esempio di pavimentazione stradale multistrato…………………….....3

Fig. 1.2.1.1: Componenti e rappresentazione fisica del bitume…………………….. 11

Fig. 1.3.1.1: Rifiuti derivanti dalle attività di C&D di edifici e di infrastrutture.... 17

Fig. 1.3.2.1: Scorie di acciaieria derivanti dal processo di produzione dell’acciaio tramite la fusione di rottame ferroso in forno elettrico……………………….………... 18

Fig. 1.3.3.1: Granulato di gomma ottenuto mediante triturazione meccanica….... 19

Fig. 1.3.4.1: Esempio di impianto di incenerimento dei rifiuti solidi urbani…….. 20

Fig. 2.2.2.1: Rifiuti urbani prodotti per regione nell’anno 2013…………………. 26

Fig. 2.2.3.1: Comparazione dei costi medi di raccolta per abitante (€/ab. per anno) per circuiti di raccolta mediante contenitori stradali e per raccolte porta a porta… 28

Fig. 2.3.1.1: Sezione trasversale di una discarica di rifiuti compattati…………... 31

Fig. 2.3.1.2: Particolare della sezione trasversale di una discarica di rifiuti compattati………………………………………………………………............ 31

Fig. 2.4.1: A sinistra: ceneri pesanti da RSU raccolte nella griglia di un termovalorizzatore (granuli da 1-4 cm). A destra: ceneri pesanti dopo la rimozione delle parti metalliche (granuli da 1-4 mm)…………………………………………………… 34

Fig. 3.1.1: Distribuzione percentuale in peso delle ceneri pesanti provenienti dai due termovalorizzatori……………………………………………………………… 38

Fig. 3.1.2: Piombo, zinco, rame, manganese, stagno, cromo, nichel e cadmio presenti nelle ceneri pesanti prelevate dall’inceneritore (B) espresse in funzione della dimensione delle particelle……………………………………………………………… 41

Fig. 3.2.1: Curve granulometriche massima e minima ottenute dalla cenere pesante paragonate con curve tipiche di sabbia e ghiaia………………………………….. 45

Fig. 3.2.2: Distribuzione degli elementi in funzione del coefficiente di forma….. 45

Fig. 3.2.3: Coefficiente di forma globale in funzione della dimensione massima considerata…………………………………………………………………………. 46

Fig. 3.3.1: Peso specifico dei conglomerati bituminosi contenenti IBA in funzione della percentuale di bitume……………………………………………………….. 48

Fig. 3.3.2: Stabilità dei conglomerati bituminosi contenenti IBA in funzione della percentuale di bitume……………………………………………………………… 49

Fig. 3.3.3: Percentuale dei vuoti nei conglomerati bituminosi contenenti IBA in funzione della percentuale di bitume……………………………………………… 49

Fig. 3.3.4: VMA nei conglomerati bituminosi contenenti IBA in funzione della percentuale di bitume……………………………………………………………… 50

Fig. 3.4.1 Granulometria delle ceneri pesanti e dei due conglomerati…………… 51

V

Fig. 3.4.2: Peso specifico dei conglomerati bituminosi in funzione delle rotazioni della GTM………………………………………………………………………… 52

Fig. 3.4.3: Percentuale dei vuoti nei conglomerati bituminosi in funzione delle rotazioni della GTM……………………………………………………………….. 53

Fig. 3.4.4: Percentuale dei vuoti nei conglomerati bituminosi dopo 60 rotazioni e dopo 300 rotazioni………………………………………………………………… 54

Fig. 3.4.5: VMA dei conglomerati bituminosi dopo 300 rotazioni………………. 55

Fig. 3.4.6: Percentuale di bitume assorbito in funzione del bitume presente…….. 56

Fig. 3.5.1: Pianta della US Route 3, Laconia, New Hampshire………………….. 57

Fig. 3.5.2: Sezione trasversale della US Route 3, Laconia, New Hampshire……. 58

Fig. 3.5.3: Tratto della US Route 3 ricostruito con conglomerato bituminoso modificato………………………………………………………………………….. 58

VI

Elenco delle tabelle

Tab. 1.2.1.1: Classificazione degli aggregati lapidei secondo il CNR…………... ..7

Tab. 1.2.1.2: Classificazione dei cementi in base ai requisiti meccanici e fisici (UNI ENV 197/1)…………………………………………………………………… ..9

Tab. 1.2.1.3: Classificazione dei cementi per composizione e requisiti chimici… 10

Tab. 2.2.2.1: Produzione specifica di rifiuti solidi urbani nei principali paesi europei nel periodo 2006-2014 in termini di kg/ab.×anno………………………………... 25

Tab. 2.3.2.2: Produzione specifica di rifiuti solidi urbani nelle regioni italiane nel periodo 2006-2013 in termini di kg/ab.×anno……………………………………. 26

Tab. 2.4.1: Concentrazione di metalli pesanti e microinquinanti all’interno delle ceneri pesanti e leggere……………………………………………………………….. 35

Tab. 3.1.1: Distribuzione dei materiali nelle ceneri pesanti provenienti dalla struttura (A) e dalla struttura (B) nei differenti intervalli granulometrici………………….. 40

Tab. 3.2.1: Composizione chimica della cenere pesante proveniente dall’inceneritore di Son Reus. I massimi valori ammissibili secondo la normativa del governo catalano sono: (a) 5%; (b) 5%; (c) 3%................................................................................... 43

Tab. 3.2.2: Evoluzione dei contenuti all’interno del percolato da cenere pesante proveniente dall’inceneritore di Son Reus dopo 30, 90 e 165 giorni……………… 44

Tab 3.2.3: Risultati ottenuti dalla prova Proctor…………………………………. 46

Tab. 3.2.4: Densità, frazione solida e porosità dei campioni di cenere pesante…. 47

Tab. 3.2.5: Risultati dell’indice di portanza californiano ottenuto dai test sui campioni di cenere pesante…………………………………………………………….. 47

VII

Introduzione

Lo smaltimento dei rifiuti è ormai diventato un problema cardine della nostra civiltà industrializzata.

Ogni giorno vengono creati nuovi composti che, presto o tardi, finiscono fra i rifiuti in modo più o meno controllato.

Spesso, però, accade che simili sostanze non siano biodegradabili convenientemente ed in tempi utili. Per questo, si sta pensando a soluzioni alternative di smaltimento di simili sottoprodotti tramite l’utilizzo in ambito infrastrutturale.

La produzione di rifiuti è indice della prosperità di un Paese. Infatti, un alto livello di benessere porta necessariamente alla produzione di merci che, presto o tardi, si trasformano inevitabilmente in rifiuti.

Negli ultimi anni, però, si discute sempre più circa la possibilità di impiegare questi prodotti di scarto insieme all’aggregato naturale all’interno delle miscele delle pavimentazioni stradali.

Si aprono dunque nuove prospettive nell’ambito dell’ingegneria civile che vedono in primo piano l’impiego di materiali innovativi come l’aggregato da costruzione e demolizione, le scorie di acciaieria da forno ad arco elettrico, il granulato di gomma e le ceneri pesanti da incenerimento dei rifiuti urbani nell’infrastruttura stradale.

All’interno di questo lavoro di tesi, verrà dunque contestualizzata in ambito europeo la condizione italiana in merito alla produzione ed allo smaltimento dei rifiuti.

Verranno inoltre analizzate le problematiche fondamentali riguardanti l’utilizzo di materiali di risulta nelle costruzioni stradali e le possibili soluzioni proposte in letteratura per sopperire ad eventuali problemi di natura ambientale e/o ingegneristica.

Nel corso della stesura, verrà inoltre analizzato l’intero processo di produzione, classificazione e smaltimento dei rifiuti ponendo particolare attenzione a quelli solidi urbani ed alle ceneri pesanti da essi derivate.

Ampio spazio verrà poi destinato al loro possibile impiego in luogo degli aggregati naturali all’interno delle pavimentazioni stradali ponendo sempre particolare attenzione all’aspetto ecosostenibile del sopra citato problema.

Quest’applicazione risulta, infatti, molto utile sia dal punto di vista economico che ambientale.

Come si vedrà nel corso della trattazione, è opportuno - però - valutare attentamente ogni aspetto di questo complesso rompicapo.

Delle disattenzioni in una qualsiasi fase del lungo processo, infatti, oltre che produrre danni finanziari, potrebbero provocare danni irreparabili alla sovrastruttura stradale mettendo a rischio la sicurezza dei veicoli che la percorrono.

12

Capitolo 1

Generalità sulle pavimentazioni stradali

1.1 Introduzione alle pavimentazioni stradali

La pavimentazione stradale è una struttura piana, costituita da molteplici strati che differiscono per composizione, spessore e tecnologia di messa in opera.

Essa poggia sul sottofondo ed è soggetta alle azioni dei veicoli [1].

In generale, una pavimentazione stradale può essere schematizzata attraverso tre componenti principali:

• Gli strati superficiali (usura e binder);
• Gli strati portanti (base e fondazione);
• Il sottofondo.

Fig. 1.1.1: Esempio di pavimentazione stradale multistrato.

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