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

all’aumento esponenziale

tecnologie di messa in opera, ha portato - negli ultimi anni -

di infrastrutture viarie presenti sul tessuto urbano. Non ci si è, però, mai seriamente

materie prime e dell’inquinamento ambientale.

preoccupati della rinnovabilità delle in cui l’aspetto della sostenibilità

In un periodo di crisi economica come quello attuale,

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 alterna-

tiva ecocompatibile all’aggregato naturale che sia in grado di ridurre il costo dell’in-

frastruttura e, al tempo stesso, garantirne eguali prestazioni tecniche e di durabilità: i

materiali alternativi.

È possibile, infatti, attraverso dei trattamenti opportunamente normati trasformare nu-

merosi prodotti di scarto accuratamente selezionati in risorse utilizzabili nella costru-

zione 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 eco-

nomico non indifferente.

All’interno di questo lavoro trattato l’utilizzo di ce-

di tesi verrà dunque ampiamente

dall’incenerimento dei rifiuti solidi urbani nelle

neri pesanti derivanti 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. I

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 …………………….....3

Fig. 1.1.1: Esempio di pavimentazione stradale multistrato

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

Scorie di acciaieria derivanti dal processo di produzione dell’acciaio tra-

Fig. 1.3.2.1:

mite 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

Rifiuti urbani prodotti per regione nell’anno 2013………………….

Fig. 2.2.2.1: 26

Comparazione dei costi medi di raccolta per abitante (€/ab. per anno)

Fig. 2.2.3.1:

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 compat-

tati…………………………………………………………………………............ 31

Fig. 2.4.1: A sinistra: ceneri pesanti da RSU raccolte nella griglia di un termovaloriz-

zatore (granuli da 1-4 cm). A destra: ceneri pesanti dopo la rimozione delle parti me-

talliche (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 dimen-

sione 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 con-

siderata……………………………………………………………………………. 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 per-

centuale di bitume………………………………………………………………… 49

Fig. 3.3.3: Percentuale dei vuoti nei conglomerati bituminosi contenenti IBA in fun-

zione della percentuale di bitume………………………………………………… 49

Fig. 3.3.4: VMA nei conglomerati bituminosi contenenti IBA in funzione della per-

centuale 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 rota-

zioni 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 modifi-

cato……………………………………………………………………………….. 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 pe-

riodo 2006-2013 in termini di kg/ab.×anno………………………………………. 26

Concentrazione di metalli pesanti e microinquinanti all’interno delle ceneri

Tab. 2.4.1:

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

Composizione chimica della cenere pesante proveniente dall’inceneritore

Tab. 3.2.1:

di Son Reus. I massimi valori ammissibili secondo la normativa del governo catalano

sono: (a) 5%; (b) 5%; (c) 3%................................................................................... 43

Evoluzione dei contenuti all’interno del percolato da cenere pesante pro-

Tab. 3.2.2:

dall’inceneritore di Son Reus dopo 30, 90 e 165 giorni…………………

veniente 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

Risultati dell’indice di portanza

Tab. 3.2.5: 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, fini-

scono 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

l’uti-

sta pensando a soluzioni alternative di smaltimento di simili sottoprodotti tramite

lizzo 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 trasfor-

mano inevitabilmente in rifiuti.

Negli ultimi anni, però, si discute sempre più circa la possibilità di impiegare questi

insieme all’aggregato naturale all’interno delle miscele delle pavi-

prodotti di scarto

mentazioni stradali.

dunque nuove prospettive nell’ambito dell’ingegneria civile che vedono in

Si aprono

primo piano l’impiego di materiali innovativi come l’aggregato da costruzione e de-

molizione, le scorie di acciaieria da forno ad arco elettrico, il granulato di gomma e le

nell’infrastruttura

ceneri pesanti da incenerimento dei rifiuti urbani stradale.

di questo lavoro di

All’interno tesi, verrà dunque contestualizzata in ambito europeo

la condizione italiana in merito alla produzione ed allo smaltimento dei rifiuti. Ver-

l’utilizzo di mate-

ranno inoltre analizzate le problematiche fondamentali riguardanti

riali di risulta nelle costruzioni stradali e le possibili soluzioni proposte in letteratura

per sopperire ad eventuali problemi di natura ambientale e/o ingegneristica.

analizzato l’intero processo di

Nel corso della stesura, verrà inoltre produzione, clas-

sificazione e smaltimento dei rifiuti ponendo particolare attenzione a quelli solidi ur-

bani ed alle ceneri pesanti da essi derivate. Ampio spazio verrà poi destinato al loro

all’interno delle

possibile impiego in luogo degli aggregati naturali pavimentazioni

stradali ponendo sempre particolare attenzione all’aspetto ecosostenibile del sopra ci-

tato 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, potreb-

bero provocare danni irreparabili alla sovrastruttura stradale mettendo a rischio la si-

curezza dei veicoli che la percorrono. 1

2 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.

Il ma