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Gariano, Roberta

Concrice : riciclo di un sottoprodotto vegetale in edilizia : uso della lolla di riso per la realizzazione di un calcestruzzo dalle alte prestazioni termiche.

Rel. Roberto Giordano, Elena Piera Montacchini, Jean Marc Christian Tulliani. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile, 2016

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

Tema centrale di questo lavoro di tesi è il riciclo, nello specifico il riutilizzo di un sottoprodotto agricolo che fino ad una ventina di anni fa veniva semplicemente smaltito in discarica o bruciato in campo, la lolla di riso.

Le filosofie del riuso e del riciclo si sono iniziate a diffondere a seguito della presa di coscienza da parte dell'essere umano dell'uso feroce e spropositato delle risorse non rinnovabili, oggi sempre meno reperibili sulla superficie terrestre.

Questo nuovo approccio improntato verso l'utilizzo più consapevole delle risorse, ha avuto i suoi arbori a seguito degli effetti che si sono iniziati a manifestare sull'ambiente per opera dello sviluppo industriale e di quella che può essere definita la prima società consumistica dell'epoca. Questi effetti iniziarono a manifestarsi dopo l'avvento della cosiddetta II Rivoluzione Industriale, che convenzionalmente ebbe inizio nel 1870 con l'introduzione dell'elettricità, l'uso dei prodotti chimici e del petrolio. Tale rivoluzione consistette in un processo di sviluppo economico e industriale caratterizzato dall'uso di macchine azionate da energia meccanica generata mediante l'ausilio di fonti energetiche non rinnovabili come i combustibili fossili. Questo fenomeno ha inoltre determinato il passaggio da una società agricolo-rurale a una società industrializzata, sempre più richiedente di benessere e beni di facile consumo. L'insieme di questi due elementi diede inizio a quella che può essere definita come la prima società consumistica, caratterizzata da una richiesta sempre maggiore di beni e prodotti. Dunque per sopperire a tale ingente domanda sorsero a macchia d'olio sempre più fabbriche e con loro lo smisurato utilizzo delle risorse. Contrariamente a questa evoluzione industriale, poco dopo iniziarono a manifestarsi delle opinioni circa il fatto che l'eccessivo uso delle risorse sarebbe stato in futuro dannoso per l'uomo stesso. La prima persona a elaborare questo pensiero fu la biologa marina Rachel Carson, importante membro del movimento ambientalista Silent Spring sorto intorno agli anni 70-80 del 1900, che manifestò il suo sdegno nella graduale perdita della biodiversità registrata nelle paludi inglesi trattate con il DDT (bandito dal 1972 in Germania e negli USA) per renderle agibili alla realizzazione di altre fabbriche ed industrie.

Segno del cambiamento di rotta e di pensiero è la definizione di sviluppo sostenibile deducibile dal documento il Rapporto Bruntland del 1987, dal quale si evince che:

"Lo sviluppo sostenibile è lo sviluppo che è in grado di soddisfare i bisogni della generazione presente, senza compromettere la possibilità che le generazioni future riescano a soddisfare i propri”.

Il concetto di sostenibilità è stato negli anni potenziato con l'aggiunta di termini che rispecchiano le tematiche che oggigiorno lo caratterizzano e che necessitano di essere integrate al fine di uno sviluppo concretamente sostenibile, ovvero da quanto espresso nel 1994 presso la conferenza dell'ICLEI (International Council for Locai Environmental Initiatives) si deduce che:

"Solo attraverso la sinergia tra aspetti economici, sociali e ambientali è possibile offrile dei servizi di base a tutti i membri di una comunità, senza minacciare l'operatività del sistema naturale edificato e sociale, da cui dipende la fornitura degli stessi servizi".

Da queste e molte altre definizioni hanno avuto seguito signifiproccio e di pensiero, come conferenze e fesa dell'ambiente, tra questi è necessario citardel 1987 seco una diminuzione del 20% delle emissioni dtro il 2020, ma anche radicali cambiamenti nel pensiein div l'architettura e l'edilizia.

Rappresentsostegno di questa mutazione di pensiero le direttive e icazione ambientale dei processi e prodotzzare l'uso delle risorse rinnovabili oltre che all'uo e recupero. Tra i primi provvedimenti emanati a livello europeo bisogna citare la direttiva 91/CE del 2002 trattante il rendimento energetico degli edifici, e006 volta a migliorare l'efficienza eizi energetici. Il recepimento di queste direttive in Italia ha portato alla definizione dei due decreti legislativi 192/05 e 311/06, che hanno introdotto importanti prescrizioni come: l'obbligo alla certificazione energetica di tutti gli immobili di nuova realizzazione o oggetto di opere di ristrutturazione, il miglioramento dei livelli di isolamento termico per ridurre i consumi energetici dovuti al sistema di riscaldamento durante il periodo invernale, l'introduzione negli edifici di sistemi in grado di scaldare l'acqua ad uso sanitario come i collettori solari e l'inserimento di elementi e tecnologie che diminuiscano i consumi energetici necessari per l'impianto di climatizzazione durante il periodo estivo.

Sulla base di questi principi hanno avuto seguito sul territorio nazionale le leggi regionali, in particolare si ricorda la Legge regionale del Piemonte n.13 del 28.05.2007.

Oltre a quello che può essere definito l'aspetto più "teorico" del nuovo approccio sviluppatosi in ambito edilizio e rivolto verso il riuso, riciclo e riduzione nell'uso delle risorse e dei beni, vi è anche un aspetto più "pratico" deducibile dalle attività condotte da molti attuali architetti e studi di architettura.

Il lavoro di tesi è stato dunque incentrato su questo nuovo modo di operare nell'ambito edilizio, meglio conosciuto come l'approccio 3R - Riusare, riciclare e ridurre, in particolare si è voluto approfondire il secondo ipotizzando di riciclare un materiale per integrarlo in un conglomerato cementizio.

Lo spunto dal quale ha avuto inizio il tema di questo elaborato è stata la scoperta che durante il regime fascista nelle campagne del cuneese e del vercellese veniva usato un materiale quale la lolla di riso, oggi per lo più considerato come uno scarto, per la realizzazione di impasti in malta e calcestruzzo come alternativo ai più comuni aggregati.

Da ciò si è in grado di dedurre che già all'epoca venivano perseguiti due principi cardine dell'attuale definizione di architettura sostenibile, anche se gli intenti del regime erano ben diversi (autarchia), ovvero l'uso in edilizia dei materiali più facilmente reperibili nell'immediato intorno dell'area di realizzazione dell'opera e l'uso di un materiale che altrimenti sarebbe stato usualmente scartato come rifiuto.

Da questo incipit hanno avuto seguito ricerche sull'utilizzo attuale della lolla di riso che, come dimostrano recenti studi e articoli, viene sempre più considerata non come rifiuto ma bensì come risorsa anche nel campo edilizio. A titolo esemplificativo, già da diversi anni nei paesi in cui la produzione del riso è elevata, come in India, la pula del riso viene aggiunta agli impasti in terra cruda per la realizzazione di mattoni da usare per edificare piccole abitazioni rurali.

Inoltre dalla lettura di alcuni specifici articoli scientifici in cui veniva menzionato il possibile uso della lolla di riso come aggregato naturale nell'impasto per la produzione di un calcestruzzo leggero ed isolante dal punto di vista termico, ha avuto inizio l'elaborazione sperimentale di questa tesi.

Per questo motivo il nome dato al calcestruzzo sperimentale è stato CONCRICE, derivante dall'unione dei due termini inglesi CONCRETE e RICE.

Si è iniziato con lo studiare le caratteristiche arboree della pianta del riso, le tecniche idonee alla sua coltivazione e gli impatti che quest'ultima ad oggi reca all'ambiente.

Si è poi passati ad indagare riguardo i sottoprodotti del riso, soffermandosi sulla lolla, quindi si è compreso il processo per la sua derivazione, le sue caratteristiche morfologiche e chimiche, i suoi utilizzi storici ed attuali ed infine un doveroso richiamo al quadro normativo di riferimento per la definizione esatta di sottoprodotto agricolo.

Ultimata questa che può essere definita più come parte conoscitiva del tema di tesi, è seguita la fase sperimentale nella quale si è cercato di realizzare un calcestruzzo dalle buone prestazioni meccaniche, ma soprattutto dalle elevate prestazioni termiche grazie ai riso.

Una volta caratterizzate le materie prime necessarie, ipotizzate le diverse miscele, realizzate le prove in malta, sono stati realizzati e caratterizzati i calcestruzzi contenenti percentuali differenti di lolla di riso. Si è dunque proceduto con la conduzione delle prove in accordo con le normative vigenti sia sui provini in malta che su quelli in calcestruzzo.

Particolare attenzione in questa fase di verifica è stata posta nelle prove per derivare la conducibilità termica dei diversi campioni, realizzando un calcestruzzo avente capacità di isolamento termico grazie all'integrazione in esso della lolla di riso in sostituzione dell'aggregato naturale.

Infine in modo riassuntivo sono stati riportati i risultati conseguiti da questa sperimentazione, dai cui ne sono derivati accorgimenti ed eventuali modifiche che possono essere condotte sul materiale al fine di renderlo un prodotto edilizio ecosostenibile da poter porre sul mercato.

Relatori: Roberto Giordano, Elena Piera Montacchini, Jean Marc Christian Tulliani
Soggetti: A Architettura > AD Bioarchitettura
S Scienze e Scienze Applicate > SC Chimica
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4559
Capitoli:

INDICE

INTRODUZIONE

PARTE I: Il riso

1.1. La pianta

1.2. La coltivazione

1.3. L'impatto ambientale del ciclo produttivo

1.4.1 prodotti e i sottoprodotti

PARTE II: La lolla di riso

2.1. Definizione e metodo di derivazione dal risone

2.2. Caratteristiche chimico-fisiche

2.3. Utilizzi della lolla di riso: dalla II guerra mondiale a oggi

2.4. Quadro normativo di riferimento per i sottoprodotti agricoli

2.5. Disponibilità della risorsa

PARTE III: Il cemento

3.1. Definizione del materiale

3.2 Costituenti del cemento

3.3 Tipologie di cemento

3.3.1. CEM 1: Cemento Portland

3.3.2. CEM II: Cemento Portland composito

3.3.3. CEM III: Cemento d'altoforno

3.3.4. CEM IV: Cemento pozzolanico

3.3.5. CEM V: Cemento composito

PARTE IV: Il calcestruzzo

4.1 Etimologia e definizione del calcestruzzo

4.2. Ciclo produttivo del calcestruzzo

4.3. Caratterizzazione del calcestruzzo

4.3.1. Il legante

4.3.2. Gli aggregati

4.3.2.1. Prove sugli aggregati

4.3.2.2. Umidità

4.3.2.3. Assorbimento

4.3.2.4. Analisi granulometrica

4.3.3. L'acqua

4.3.4. Gli additivi

4.3.5. Le aggiunte

4.4. Il mix design

4.5. L'impatto ambientale e l'uso sostenibile

PARTE V: Attività sperimentale condotta

5.1. Definizione dell'approccio metodologico e procedurale dell'attività di sperimentazione

5.2. Caratterizzazione dei materiali

5.2.1. La lolla di riso

5.2.1.1. Il peso specifico apparente ed assoluto

5.2.1.2. Il livello di umidità

5.2.1.3. La capacità di assorbimento

5.2.1.4. La granulometria

5.2.2. Il cemento

5.2.2.1. Analisi chimiche

5.2.2.2. Analisi diffrattometriche

5.2.2.3. Blaine

5.2.2.4. Curva granulometrica

5.2.3. Gli aggregati per malte e calcestruzzi

5.2.3.1. Granulometria

5.2.3.2. Umidità

5.2.3.3. Massa volumica

5.2.3.4. Assorbimento

5.2.4. L'acqua

5.2.5. Additivi

5.3. Prove in malta CONCRICE

5.3.1. Preparazione dell'impasto

5.3.2. La massa volumica fluida

5.3.3. Il flow

5.3.4. L'aria

5.3.5. Preparazione dei provini

5.3.6. La massa volumica su indurito

5.3.7. La resistenza a compressione

5.4. Realizzazione del calcestruzzo CONCRICE

5.4.1. Il mix design e la preparazione degli impasti

5.4.2. La massa volumica fluida

5.4.3. La massa volumica su indurito

5.4.4. La resistenza a compressione

5.4.5. I ritiri

5.5. Verifica della conducibilità termica del calcestruzzo CONCRICE

PARTE VI: Impieghi in edilizia del calcestruzzo CONCRICE

6.1. Tipologie di calcestruzzo ed impieghi attuali

6.2. Possibili impieghi del calcestruzzo CONCRICE

6.2.1. Analisi di mercato

6.2.2. Confronto calcestruzzo CONCRICE con calcestruzzi leggeri termoisolanti

6.2.3. Confronto calcestruzzo CONCRICE con calcestruzzo ligneo

6.2.4. Confronto pannelli in calcestruzzo CONCRICE con pannelli precompressi a bassa conducibilità termica

6.2.5. Realizzazione prototipo di un pannello in calcestruzzo CONCRICE

6.3. Possibili strategie per migliorare le prestazioni del calcestruzzo CONCRICE

6.3.1. Lavaggio della lolla di riso in acqua ed in soluzione di NaOH

6.3.1.1.Prove in malta

6.3.1.2. Resistenza a compressione delle malte

6.4. Analisi dei risultati ottenuti e possibili miglioramenti del prodotto

CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA

SITOGRAFIA

ALLEGATI

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UNI EN 12350-4:2009_ Prove sul calcestruzzo fresco. Parte 4: Indice di compatibilità.

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