Costruire con materiali ecoefficienti

L’aspetto ambientale degli interventi ha da tempo assunto un ruolo determinante per le scelte progettuali e operative. Con l’introduzione del concetto di “materiali ecoefficienti”, per la prima volta, la riduzione dell’inquinamento inteso in senso globale è diventata un parametro significativo e chiaramente valutabile, sia in termini economici diretti che come costo sociale, durante la realizzazione di un’opera.

L’“ecoefficienza” può essere raggiunta utilizzando materie prime secondarie derivate dal recupero di materiali di varia natura provenienti da scarti di lavorazione, poi trattati in appositi impianti autorizzati, sistemi di produzione a basso impatto ambientale con riduzioni delle emissioni in atmosfera e risparmio energetico, materiali esistenti rigenerati in situ con apposite macchine fresatrici e additivi, in modo tale da trasformare vecchie pavimentazioni ormai al termine della loro vita utile in nuove strutture senza alcuna movimentazione di materiali al di fuori dei cantieri.

In linea con le Direttive comunitarie e nazionali (D.M. 203/2003) sul Green Public Procurement per l’impegno delle Pubbliche Amministrazioni sull’impiego di materiali, beni e manufatti riciclati e raccogliendo le esperienze provenienti dal resto d’Europa, la Direzione Generale dell’ANAS - Unità Ricerca e Innovazione, introducendo le Linee Guida dell’Aprile 2008, successivamente modificate e aggiornate, ha segnato un punto di discontinuità tra il tradizionale approccio prescrittivo e un nuovo approccio prestazionale nella progettazione e gestione delle pavimentazioni stradali.

Si è così dato slancio ad attività sperimentali, progettazioni e interventi che puntassero non più al rigoroso rispetto di prescrizioni contrattuali concepite in tempi passati in cui la disponibilità e i costi dei materiali naturali e delle tecnologie non costituivano un problema (né in fase di esecuzione delle opere, né in fase di successiva gestione e manutenzione delle stesse), bensì lasciando spazio all’applicazione di materiali e tecnologie innovative con l’obiettivo di ottenere elevate prestazioni per aspetti specifici (oltre ai benefici ambientali sopra citati), precedentemente relegate ad attività pionieristiche di pochi tecnici. In tale contesto, il Compartimento ANAS dell’Emilia Romagna ha avviato una serie di sperimentazioni rivolte prevalentemente al rinforzo delle pavimentazioni stradali e in generale al miglioramento di alcune prestazioni delle pavimentazioni e in particolare all’allungamento alla vita utile delle stesse.

La presente applicazione mira a valutare l’efficacia dell’utilizzo contestuale di due tecnologie già note e utilizzate da tempo, ossia dei benefici apportati al conglomerato mediante la sostituzione della frazione grossa degli aggregati con scorie di acciaieria (cosiddetta “granella”) e mediante le modifiche chimico-fisiche indotte sul bitume dal polverino di gomma. L’efficacia dell’utilizzo della granella in sostituzione degli aggregati naturali al fine di migliorare le condizioni di aderenza, e quindi di stabilità in curva dei veicoli, spazio di frenatura, ecc. , era già stata accertata in occasione di un tratto sperimentale eseguito nel Gennaio 2006 nel Compartimento ANAS della Puglia tra la pk 0+000 e la pk 0+700 della S.S. 274 svincolo per località Baia Verde di Gallipoli, ove nel tempo è stato possibile constatare una drastica riduzione della incidentalità. Anche il contributo fornito dal polverino di gomma per migliorare le caratteristiche di elasticità del conglomerato e per contenere i livelli di inquinamento acustico è stato da tempo accertato. Con questo intervento essenzialmente si è voluto valutare, in termini di resistenza a fatica e di quindi di vita utile della pavimentazione, in che misura i conglomerati “rugosi” costituiti da inerti artificiali possono beneficiare del contributo fornito dal polverino di gomma ai fini della resistenza alle deformazioni, del comportamento elastoplastico e della dissipazione dell’energia prodotta dalle sollecitazioni da traffico.

Nell’impostazione progettuale di questa peculiare applicazione stradale sono state analizzate, oltre a quelle già citate, anche le seguenti proprietà e caratteristiche: - capacità di sopportare senza deformazioni permanenti le sollecitazioni trasmesse e quindi elevata resistenza alla propagazione delle fessurazioni; - rigidezza, stabilità nel tempo e persistenza alla fatica; - notevole indeformabilità e resistenza alle sollecitazioni verticali e orizzontali indotte dai veicoli; - elevata rugosità per ottenere la massima aderenza; - attenuazione del rumore da rotolamento. Il sito prescelto è ubicato in prossimità dell’abitato di Rivergaro (PC) sulla S.S. 45 della Val Trebbia, in corrispondenza di un tratto caratterizzato da un susseguirsi di curve e interessato spesso dal transito di motociclette a elevata velocità. I materiali utilizzati Il programma sperimentale, definito in accordo con il Centro Sperimentale Stradale ANAS di Cesano di Roma e con il Laboratorio Geothema di Scorzè (VE), ha previsto il progetto della miscela costituita da aggregati riciclati di acciaieria, sabbia calcarea, filler, bitume di tipo 50/70 e “polverino di gomma”, con l’obiettivo di migliorarne le prestazioni in termini di aderenza superficiale dei pneumatici, fonoassorbenza legata al rumore per rotolamento, elasticità, vita utile, tenendo conto dei costi di realizzazione e dei benefici complessivi. Gli aggregati riciclati, forniti in diverse pezzature, provengono dalla frantumazione e vagliatura di scorie prodotte dalla lavorazione dell’acciaio con forno elettrico. Da tali aggregati si attendono elevate prestazioni in termini di resistenza meccanica, all’usura, di attrito laterale, che dovrebbero mantenersi costanti per intervalli temporali molto lunghi. Il “polverino di gomma”, chiamato anche SBR-NR (Stirene-butadiene-rubber - normal rubber) è un prodotto derivante dalla triturazione dei pneumatici usati e loro vagliatura in frazioni a diversa granulometria (quella utilizzata corrisponde a 0/1 mm) e avente una massa volumica pari a 0,5 g/cm3, quindi molto bassa. Dal polverino di gomma ci si attende che svolga la funzione di inerte elastico, che assorbe le vibrazioni meccaniche (fessurazione e disturbi a lato strada) e sonore (rumorosità da rotolamento), e inoltre che si rigonfi e trattenga in parte le componenti volatili del bitume alle temperature di esercizio, migliorandone in tal modo la resistenza all’invecchiamento e al gelo. L’aggiunta di polverino comporta un aumento di viscosità della miscela che rende il conglomerato meno deformabile per effetto delle alte temperature (ormaiamento), più resistente all’affaticamento (fessurazione) e all’aumento di valori di attrito (aderenza). Per i motivi sopra esposti si ritiene che l’applicazione dei due materiali possa apportare significativi benefici al conglomerato in termini di resistenza a fatica e di quindi vita utile della pavimentazione. Il polverino di gomma è stato fornito dalla società Alter Eco srl, la granella dalla società Pittini SpA – Ferriere Nord Le caratteristiche fisiche dei materiali sono riportate in Tabella B.  La tecnica di produzione della miscela La produzione della miscela è stata eseguita in un moderno impianto di tipo continuo; l’inserimento dell’additivo polimerico nell’impasto è stato effettuato mediante dosatore automatizzato. La tecnica utilizzata si basa semplicemente sull’introduzione del polimero durante la miscelazione dei componenti, in modo da indurre un rammollimento del conglomerato tale da creare un “mastice colloso” idoneo a rivestire e legare efficacemente tutti i componenti della miscela. In sostanza il polverino di gomma, unito alle parti fini della carica litica, viene a creare una matrice molto elastica tale da conferire alla miscela elevate caratteristiche visco-elastiche. Il conglomerato è stato prodotto a una temperatura standard di 175 °C presso l’impianto dell’impresa ETS srl di Gossolengo (PC).

La messa in opera della miscela è stata condotta alla temperatura di circa 165°C e costipata con un rullo meccanico del peso di circa 100 q. Le modalità di compattazione hanno subito lievi variazioni rispetto a quelle standard; in particolare la compattazione è stata prolungata fino al raggiungimento di una temperatura dello strato di 60/70°C in modo tale da eliminarne il “ritorno elastico” indotto dall’additivo e manifesto quando la viscosità del legante è ancora troppo bassa. Le prove e i controlli dei laboratori del Centro Sperimentale Stradale ANAS di Cesano di Roma e il Laboratorio Geothema di Scorzè (VE) hanno seguito la sperimentazione, effettuando prelievi di campioni e prove di vario genere, durante la fase di produzione, messa in opera ed effettuato successive prove sulla pavimentazione in esercizio.

L’obiettivo è stato quello di individuare le caratteristiche fisico-meccaniche tali da poter permettere di stimare le prestazioni in termini di sicurezza e durata della pavimentazione. In fase preliminare è stato realizzato un mix design (Tabella A) per la definizione della curva ottimale e le caratteristiche meccaniche della miscela e in seguito in fase di lavorazione si sono verificati gli stessi parametri: verifica della curva granulometrica e contenuto di legante (Tabella 1), parametri Marshall (Tabella 2) , resistenza a trazione indiretta (Tabella 3), modulo di rigidezza (Tabella 4).

Nelle Tabelle 5 e Tabella 6 sono indicati i parametri prestazionali rilevati in opera relativi all’aderenza superficiale agli pneumatici e alla fonoassorbenza. Quest’ultima è stata espressa in termini di confronto tra il livello sonoro misurato sul tratto sperimentale e su un tratto di pavimentazione adiacente di recente realizzazione con miscele tradizionali.  Le prove condotte su campioni prelevati durante la produzione hanno confermato i valori meccanici da studio, in particolare elevata resistenza a trazione indiretta e modulo di rigidezza (in linea con miscele confezionate con bitume modificato hard), elevata elasticità associata al basso valore di rigidezza Marshall, consistente aderenza superficiale e abbassamento del rumore indotto dal rotolamento degli pneumatici rispetto a una pavimentazione tradizionale. Significativi sono i valori di resistenza a fatica riscontrati, che fanno ritenere l’intervento più che soddisfacente in termini di aumento della vita utile della pavimentazione. Conclusioni La ricerca, la sperimentazione e la messa in opera di una miscela costituita da aggregati di acciaieria e additivo polimerico tipo SBR-NR hanno permesso di dimostrare la validità e funzionalità della tecnologia applicata alla luce delle prestazioni riscontrate, permettendo di conferire alla pavimentazione elevati standard di sicurezza nel rispetto dell’ambiente e ottimizzando il rapporto costi/benefici. Il Compartimento ANAS dell’Emilia Romagna estenderà la sperimentazione in argomento su tratti limitrofi della S.S. 45, al fine di valutare e raffrontare in aggiunta alla tecnologia sopra descritta gli effetti sulle caratteristiche prestazionali della miscela di uno specifico additivo fluidificante e di un antiossidante del bitume che ha già fornito buoni risultati in termini di aumento di vita utile della pavimentazione e di incremento della capacità termica dell’impasto, con ulteriori benefici ambientali. Vincenzo Orlando - Ingegnere Dirigente Tecnico Esercizio Compartimento ANAS Emilia Romagna Simona Maciullo - Ingegnere Capo Centro Compartimento ANAS Emilia Romagna