Appunti delle lezioni di Costruzioni di strade, ferrovie, aeroporti

CAP.6.6 ANALISI DEI MATERIALI ALTERNATIVI

 Aggregati lapidei artificiali: Bauxite calcinata (prodotto eccezionale)

 Materiali marginali

Scorie siderurgiche acciaieria, fonderia

 Residui da demolizione e costruzione

 Polverino/granulato di pneumatici di riciclo

 Ceneri pesanti (difficile che non rilascino metalli pesanti)



Caratteristiche di impiego:

 Proprietà fisiche e meccaniche equivalenti a quelle dei materiali naturali

 Requisiti bio-tossicologici

 Verifica prestazionale

I materiali marginali hanno un’importanza relativa, sono scarti-rifiuti conseguenti all’attività antropica. Si tratta di capire

quali materiali siano idonei e quale sia il livello di idoneità al netto di due considerazioni:

 Conviene economicamente? Si può dire con certezza che i materiali marginali sono più economici di quelli

naturali i quali richiedono costi di estrazione, trasporto e impatti ambientali dati allo sbancamento.

 Quali sono i rischi ambientali? È compatibile con la salute umana e la tutela ambientale? Per rispondere è

necessario verificare i requisiti bio-tossicologici. Il problema va rapportato all’eventualità di rilascio di metalli

pesanti (cromo, mercurio, piombo), alla radioattività o al rischio cancerogeno, dovuti all’acqua che passa nella

pavimentazione e può portare per eluizione i metalli pesanti presenti nella pavimentazione fino alle falde.

Uso i materiali marginali se conviene economicamente e se soddisfano i requisiti prestazionali stabiliti dalla normativa

e verificati attraverso prove di laboratorio per esempio prove di cessione. Dopo si eseguono le verifiche all’idoneità

tecnica del materiale per l’impiego infrastrutturale, con le procedure tipiche di laboratorio che si utilizzerebbero anche

per materiali non marginali. Materiale scelto anche se qualche parametro non è rispettato, Il

Approccio prescrittivo vs approccio prestazionale progettista si assume la responsabilità, non ha senso buttare tutto

Se non soddisfa precisamente tutti i requisiti non viene utilizzato

IL CICLO DI VITA DELLE COSTRUZIONI

Costruzione demolizione frantumazione con selezione riutilizzo

  

Un’opera non è eterna ma esiste una fine della vita utile, si demolisce e si ottengono dei calcinacci. L’approccio più

utilizzato è quello di portarli in discarica. Se riutilizzo allora diminuisco il materiale in discarica e necessiterò di meno

materiale nuovo.

Frantumazione=operazione con ganasce e mezzi meccanici per ridurre le dimensioni

Macinazione = operazione di polverizzazione

Si arriva a produrre un materiale granulare che andrà a sostituire lo scheletro litico naturale. pag. 38

In impianto di produzione è necessaria una torre di miscelazione. Devo modificare l’impianto se utilizzo il fresato

stradale (ha il problema di avere i grani circondati da bitume che va tolto con il riscaldamento, non a fiamma viva che

degrada il bitume e provoca inquinamento). Se invece ho porfido o calcare da scarto non devo modificare l’impianto.

Economia circolare=riutilizzo. Sostenibilità delle costruzioni.

1. AGGREGATO DA COSTRUZIONE E DEMOLIZIONE

Primo materiale considerato di scarto nella storia, si intendono calcinacci da demolizione o scarti da costruzione tipo i

frammenti di piastrelle poste in opera. La demolizione può avvenire in diversi modi. Se ottengo un cumulo di materiale

eterogeneo indifferenziato è difficile fare la selezione, momento lungo e costoso. Il problema principale è la presenza

di frammenti di cls e frammenti di laterizi che hanno caratteristiche completamente diverse: il laterizio è presente in

scaglie ed è poroso, è un problema per la presenza d’acqua e per l’assorbimento di bitume; il cls assorbe bitume.

Questo materiale si utilizza quindi nella fondazione non legata, misto cementata o legata a bitume; o nella

sottofondazione (tutto l’intervallo granulometrico); e nel ballast della ferrovia. Per lo strato di base è difficile utilizzare

materiale da CeD perché non devo utilizzare il passante al 2 mm essendo che questo assorbirebbe troppo bitume.

I problemi sono legati al fatto che si polverizza e si frantuma, non da resistenza meccanica.

2. SCORIA DA ACCIAIERIA DA FORNO AD ARCO ELETTRICO

Nel processo produttivo dell’acciaio si produce una quota di scoria di acciaieria che è quindi un sottoprodotto di scarto

che non viene utilizzato nel processo metallurgico. Il forno ad arco elettrico si utilizza per produrre acciaio, si inseriscono

scarti metallici quali carrozzerie o acciai da costruzioni, con l’aggiunta di due additivi; grazie agli elettrodi si ottiene un

bagno metallico di acciaio. Sul fondo di tale forno rimane la scoria. È un materiale artificiale, chimicamente identico al

materiale lavico. In base al tipo di materiale metallico inserito nel forno e alle lavorazioni che ha subito, si ottengono

scorie diverse. La scoria così ottenuta viene portata in un impianto di frantumazione per ottenere un pietrisco-

pietrischetto, ma essendo dura la frantumazione è complicata.

Si deve svolgere il controllo tossicologico e il test di cessione per eluizione della scoria ai metalli pesanti.

La scoria viene rinominata come aggregato artificiale da fusione.

Vantaggi:

 La scoria può essere utilizzata in qualsiasi strato della pavimentazione. È ottimo l’utilizzo nello strato d’usura

perché mantiene la microrugosità nel tempo, garantisce aderenza, ottimo attrito interno, concorre ad

aumentare la rigidezza e quindi la resistenza alle deformazioni permanenti, non si verifica l’ormaiamento, costa

poco e ha elevata caratteristiche fisiche meccaniche.

Problemi :

 l’elevata rigidezza della pavimentazione raggiungibile grazie all’inserimento della scoria d’acciaieria, può dare

fessurazione termica e fragilità (se non si inserisce un legante che dia duttilità per esempio inserendo il bitume)

 la scoria è microporosa a causa del tipo di lavorazione; quindi, assorbe bitume nei pori che è inutile. Devo

aumentare il contenuto di bitume.

 La scoria è pesante, incide sui costi di trasporto

3. CENERI PESANTI DA INCCENERIMENTO DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI

I rifiuti solidi urbani, non organico, possono essere bruciati nei termovalorizzatori per produrre energia, questo processo

produce ceneri leggere che vengono intercettate dai filtri dei camini (fly lash), sul fondo dell’inceneritore rimane la

cenere pesante che si presenta in parti di diverse dimensioni e ci possono essere parti di rifiuti urbani che non si fondono

(lattine). Si prosegue quindi a vagliare granulometricamente il prodotto ottenuto; eseguire il test di cessione (spesso

problema perché la combustione arricchisce di metalli pesanti).

Si esegue infine l’analisi tecnica di idoneità.

vantaggi: ha una forma poliedrica,

problemi: è fragile quindi con i rulli si rompe facilmente, non ha resistenza meccanica, la parte passante al 2 assorbe

bitume quindi non dovrei utilizzarla ma questa parte è quella preponderante quindi ho molto scarto, c’è allumina quindi

non si lega al cemento perciò non posso usare la cenere pesante in fondazione dove deve essere legata al cemento.

Implica che userò tutta la granulometria ma in poca quantità (5%) ed è meglio usarlo in combinazione ad altri scarti.

4. SABBIE DI FONDERIA

È un sottoprodotto dell’attività siderurgica: i refrattari di contenimento nella produzione di manufatti metallici dopo un

po’ di tempo si degradano e vengono buttati, a questo punto vengono frantumati ottenendo principalmente materiale

fino detto sabbia di fonderia. Questo materiale può essere utilizzato negli strati profondi perché è possibile legarlo a

cemento; invece, non è fattibile legarlo a bitume perché ne verrebbe assorbito molto. Posso realizzare la fondazione

con il 100% dello scheletro litico ottenuto da scarti di produzione. In generale si usa sabbie di fonderia +scoria

d’acciaieria. pag. 39

Il tri-componenti = sabbie di fonderia + scoria d’acciaieria + fresato stradale

4 componenti = sabbie di fonderia + scoria d’acciaieria + fresato stradale + ceneri pesanti

6 componenti = sabbie di fonderia + scoria d’acciaieria + fresato stradale + ceneri pesanti + vetro + ceneri di carbone.

5. GRANULATO DI GOMMA (asfalt rubber)

I pneumatici di gomma occupano molto spazio rispetto al loro peso ed è un problema serio se prendono fuoco, perciò

è preferibile non trasportarli in discarica ma cercare un uso alternativo. È possibile triturare i pneumatici a temperatura

ambiente oppure abbassare la temperatura, diventa fragile e allora si frantuma facilmente. In questi due modi si ottiene

il granulato di gomma che può sostituire i grani lapidei fino un massimo del 2%, se superiore abbatte le performance. Il

granulato di gomma non da vantaggi meccanici. Il granulato di gomma può essere utilizzato con tecnologia Dry o Wet.

-tecnologia dry: riutilizzo il granulato di gomma a temperatura ambiente, poi si porta a temperatura con aggregato e

bitume caldo

Approccio alternativo: al posto di utilizzare il granulato di gomma come sostituto allo scheletro litico, posso aumentare

la temperatura e produrre il polverino di gomma che viene utilizzato per modificare il bitume, detto asfalt rubber e da

prestazioni migliorate a fatica a 20°C, ormaiamento a T>60°C e non si verifica cracking termico e quindi si ha resistenza

a fessurazione termica a 0°C.

-tecnologia wet: si prende il bitume convenzionale e lo si porta a 180°C, aggiungo polverino di gomma (20% del peso

del bitume, 1% del peso dell’aggregato) e mescolo per 2 ore in impianto di miscelazione adatto alla modifica del bitume.

Si ottiene il migliore bitume modificato, super prestazioni. Il polverino di gomma è il migliore agente modificante. È in

grado come minimo di migliorare tutte le prestazioni del doppio: resistenza a fatica, azzero cricchino termico (alle basse

temperature non si fessura), non ci sono deformazioni permanenti, resistenza all’ossidazione cioè agenti antiossidanti.

Le straordinarie proprietà del poverino di gomma derivano dal fatto che le mescole utilizzate per realizzare i pneumatici

sono ricche di additivi tali da conferire tali proprietà.

I problemi del bitume modificato con polverino di gomma è il costo (circa 4x costo bitume standard) e lo stoccaggio che

deve avvenire in modo adeguato per non far precipitare il polverino di gomma sul fondo, causando la disomogeneità

del prodotto e quindi la non omogeneità delle prestazioni. pag. 40

CAP.7 TECNOLOGIE AMBITO STRADALE

CONGLOMERATO BITUMINOSO = aggregato lapideo + bitume

CONGLOMERATO MISTO-CEMENTATO = aggregato inerte + cemento + acqua

PAVIMENTAZIONE SEMIRIGIDA: base in misto-cementato, soluzione piste di vo