Impatto ambientale delle costruzioni in calcestruzzo

Carlotta Di Battista

Impatto ambientale delle costruzioni in calcestruzzo.

Rel. Chiara Bernardino, Alessandro Pasquale Fantilli. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2014

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Abstract:	Quando due sistemi di per sé complessi, come ambiente e società, coesistono e si influenzano in diversi modi a seconda delle circostanze, le conseguenze sono difficili da prevedere. L’esito più evidente di questa interazione è l’impatto della società industriale sull’ambiente e sull’ecosistema in cui viviamo e da cui dipendiamo. Nell’ultimo secolo alcuni di questi effetti sono emersi maggiormente rispetto ad altri, spingendo alla ricerca di rimedi che nella maggior parte dei casi si sono rivelati efficaci, mentre altri stanno emergendo solo negli ultimi tempi, come ad esempio l’inaspettato cambiamento climatico globale che, se non controllato, potrebbe diventare pericoloso. Il primo passo da fare è capire le origini, la scala e le conseguenze di questo problema, il quale deriva soprattutto dal modo in cui usiamo l’energia e i materiali. Il fine è quello di giungere a un metodo di progettazione che miri a minimizzare l’utilizzo delle risorse e a massimizzare la sostenibilità di ciò che si vuole realizzare. In particolare, nel campo dell’architettura, iniziare la progettazione a partire dalla scelta dei materiali da costruzione a basso impatto ambientale, potrebbe essere una possibile soluzione ad una buona parte del problema. Considerando, ad esempio, che durante l’intero ciclo di vita delle strutture in calcestruzzo, il 90% dell’energia complessiva è necessaria a creare il materiale (soprattutto il clinker), mentre solo il 10% per la messa in opera, il trasporto e l’uso, bisognerebbe limitare l’energia consumata, la C02 prodotta in ogni fase del ciclo di vita delle strutture, soprattutto nel processo di produzione del materiale, e lo sfruttamento delle risorse naturali, al fine di ridurne l’effetto negativo sull’ambiente. Sono diverse le strategie proposte per raggiungere tale scopo, molte delle quali legate al processo di produzione del calcestruzzo, materiale fondamentale nel settore delle costruzioni. Per questo sono stati effettuati nuovi studi legati alla produzione di conglomerati alternativi, in cui, a seconda della strategia utilizzata, vengono modificati il mix-design e le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo ordinario in modo da ottenere buoni risultati dal punto di vista ambientale. È stato quindi necessario introdurre un nuovo indice (EMI) per le strutture in calcestruzzo, in cui vengono rapportati direttamente i comportamenti meccanici e ambientali, mirando a classificare i calcestruzzi non più valutando la sola resistenza del conglomerato, ma includendo nei requisiti anche il relativo impatto ambientale, al fine di arrivare a un giusto equilibrio tra questi due aspetti e aiutare i progettisti nella scelta di materiali eco-sostenibili con buone proprietà meccaniche.
Relatori:	Chiara Bernardino, Alessandro Pasquale Fantilli
Tipo di pubblicazione:	A stampa
Soggetti:	S Scienze e Scienze Applicate > SL Scienze T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TF Tensostrutture
Corso di laurea:	Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea:	NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici:	NON SPECIFICATO
URI:	http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3771
Capitoli:	CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 1.1. Generalità 1.2. Programma e svolgimento della tesi CAPITOLO 2. IL CALCESTRUZZO 2.1. Il calcestruzzo ordinario 2.1.1. I leganti 2.1.2. L’acqua 2.1.3. Gli aggregati 2.1.4. Gli additivi 2.2. Il calcestruzzo leggero 2.2.1. Cenni storici 2.2.2. Tipi di calcestruzzo leggero 2.2.2.1. Tipi di aggregati leggeri CAPITOLO 3. STRATEGIE PER RIDURRE L’IMPATTO AMBIENTALE DEL CALCESTRUZZO 3.1. Impatto ambientale del settore delle costruzioni 3.1.1. Carbon footprint degli edifici 3.2. Le strategie 3.2.1. Material performance strategy 3.2.2. Material substitution strategy 3.2.2.1. Tipologia di cementi con aggiunte minerali 3.2.3. Aggregates substitution strategy 3.2.4. Life Cycle Assessment 3.2.4.1. Obiettivi e scopo della valutazione 3.2.4.2. Inventario di input e output del sistema 3.2.4.3. Impatto ambientale 3.2.4.4. Risultati e considerazioni 3.3. Eco-mechanical index CAPITOLO 4. AGGREGATES SUBSTITUTION STRATEGY : IL RUBCRETE 4.1. Calcestruzzo leggero strutturale 4.1.1. L’argilla espansa 4.1.1.1. Fasi di produzione 4.1.1.2. Consumo di materie prime 4.1.1.3. Consumo di energia 4.1.1.4. Emissioni 4.1.1.4.1. Polveri 4.1.1.4.2. Metalli e loro composti 4.1.1.4.3. Ossidi di zolfo 4.1.1.4.4. Ossidi di carbonio 4.1.1.4.5. Sostanze organiche volatili (SOV 4.1.1.4.6. Ossidi di azoto 4.2. Calcestruzzo leggero con PFU 4.2.1. Il pneumatico 4.2.1.1. Struttura 4.2.1.2. Caratteristiche geometriche 4.2.1.3. Proprietà fisiche 4.2.1.4. Normativa 4.2.1.5. Processi di riciclo meccanico di PFU 4.2.1.5.1. Triturazione meccanica 4.2.1.5.2. Processi criogenici 4.2.1.5.3. Processi elettrotermici 4.2.2. Studi ed indagini CAPITOLO 5: ANALISI SPERIMENTALE 5.1. Il Viadotto Soleri 5.2.I compositi cementizi utilizzati 5.3. saggi di prova 5.3.1. Modalità di prova 5.4. Analisi dei risultati 5.4.1. Prove a compressione 5.4.1.1. Definizione dei rami pre-picco 5.4.1.2. Definizione dei rami post-picco 5.4.2. Prove a flessione 5.4.2.1. Comparazione delle risposte 5.4.2.2. Valutazione della duttilità strutturale 5.5. Analisi eco-meccanica 5.5.1. Calcolo dell’indice EMI CONCLUSIONI RINGRAZIAMENTI
Bibliografia:	-Ashby, M.F. (2009). “Aiaterials and the Environment: Eco-Informed Materials Choice. ” - M. Collepardi, “Scienza e tecnologia del calcestruzzo.” HEOPLI, 1991 - Collepardi M. (2008). “Dal calcestruzzo antico a quello moderno - il calcestruzzo romano” Eneo journal, 41, 8-12 - Expanded shale clay and slate institute (1971). Lightweight concrete - history, applications, economics - Cembureau (1974). Calcestruzzo leggero strutturale - Balaras CA, Droutsa K, Dascalaki E, Kontoyiannidis S. (2005). “Heating energy consumption and resulting environmental impact of European apartment buildings.” Energy and Buildings, 37, 429-42 - Levine, M., Urge-Vorsatz, D., Blok, K., Geng, L., Harvey, D., Lang, S., Levermore,F., Mongameli Mehlwana, A., Mirasgedis, S., Novikova, A., Rilling, J., Yoshino, H.,(2007) “Residential and commercial buildings.” Climate change - Department for Business, Innovation and Skills (2010). “Estimating the amount of C02 emission that the construction industry can influence.” Supporting material for the Low Carbon construction, London - Habert, G. and Roussel, N. (2009). “Study of two concrete mix-design strategies to reach carbon mitigation objectives.” Cement and Concrete Composities, 31, 397-402 - Blengini, G. A. and Shustainability reporting -overview of the b Management and Environmental Quality: An Internation7-1 (2011) Cemioni e criteri di conformità per cemenum” Me Graw-Hill - Fantilli, A. P. and Chiaia, Bement balidating concrete.” Construction and B; Collepardi, S. e Bellinzona,P. (2001). “Il cer lan 19, 42-50 - Li, B. and Park, R. (2004).crete columns.” ACI Structural Journal, 101, 314-324 - Fantilli,rk of fracture in the eco-mechanical performances of structural concrete.” Journal of advanced concrete technology 11, 282-290 - Leca “Calcestruzzo leggero strutturale con argilla espansa Leca. ” www.leca.it - Associazione Nazionale Produttori Argille Espanse Anpae (2003)Documento di riferimento sulle BATnell’industria dell’argilla espansa” - Bergonzoni M. (2009). “Valorizzazione dei pneumatici fuori uso attraverso il recupero e riciclaggio per la produzione di prodotti innovativi. ” Dottorato di ricerca in Scienze dell’Ingegneria -Università degli studi di Ferrara - Eldin, N. N. and Senouci, A. B. (1993) “Observations On Rubberized Concrete Behavior”, Journal of Cement, Concrete and Aggregate, American Society of Testing Materials, Vol. 15, No.l, pp. 74-84 - Rostami, H.; Lepore J.; Silverstraim T.; Zundi I. (1993). “Use of recycled rubber tyres in concrete” University of Pennsylvania (USA) pp.391-398 - Ali, N. A.; Amos, A. D.; and Roberts, M. (1993). “Use of Ground Rubber Tires in Portland Cement Concrete,” in Proceedings, International Conference on Concrete 2000, University of Dundee, UK, pp. 379-390 - Siddique, R.; Naik, T. R. (2004). “Properties of concrete containing scrap-tire rubber - an overview.” Waste Management 24, 563-569 - Turatsinze A.; Granju J. L.; Bonnet, S. (2006). “Positive synergy between steel-fibers and rubber aggregates: effect on the resistance of cement-based mortars to shrinkage cracking.” Cement and concrete research 36, 1692-1697 - Turatsinze A.; Bonnet S.; Granju J. L. (2007). “Potential of rubber aggregates to modify properties of cement based-mortars: improvement in cracking shrinkage resistance.” Construction and building materials 21, 176-181 - Turatsinze A.; Garros M. (2008). “On the modulus of elasticity and strain capacity of self-compacting concrete incorporating rubber aggregates.” Resources, conservations and recycling 52, 1209-1215 - Fatuhi, N. I. and Clark, N. A. (1996). “Cement-based materials containing shredded scrap truck tyre rubber” Construction Building Materials,Vol. 10, No. 4, pp. 229-236 - Topcu, I. B5, No. 2, pp. 304-310 - Topcu I. B. and Ds in Civil Engineering, Vol. 19, No. 2, pp. 173-178 - Mater. “Mechanical Properties of Concretel, T. D. and Lee. H. (1996). “Magnesium Oxychloride Cement ConcrSavas, B. Z.; Ahmad, S.; and Fedroff, D. (1996). “Freeze-Thaw Durability of Concrete with Ground Waste Tire Rubber.” Transportation Research Record No. 1574, pp. 80-88 - Tantala, M. W.; Lepore, J. A. and Zandi, I. (1996). “Quasi-Elastic Behavior of Rubber Included Concrete,” in Proceedings, 12th International Conference on Solid Waste Technology and Management - Goulias, D. G. and Ali, A. H. (1996). “Feasibility assessment of recycled products use in Portland cement concrete” Roads: finance, provision and operation, in Proceedings of seminar g held at the PTRC European transport forum, Brunei University, England - Topcu, I. B. and Avcular, N. (1997a). “Analysis of Rubberized Concrete as a Composite Material,” Cement and Concrete Research, Vol. 27, No. 8, pp. 1135-1139 - Topcu, I. B. and Avcular, N. (1997b). “Collision Behaviors of Rubberized Concretes,” Cement and Concrete Research., Vol.27, No. 12, pp. 1893-1898 - Raghavan, D.; Huynh, H. and Ferraris, C. F. (1998). “Workability, Mechanical Properties, and Chemical Stability of a Recycled Tire Rubber-Filled Cementitious Composite,” Journal of Materials Science, Vol. 33, No. 7, pp. 1745-1752 - Segre N.; Joekes I. (2000). “Use of tire rubber particles as addition to cement paste” Cement and Concrete Research, Vol.30, No 9, pp. 1421-1425 - Al-Akhras, N. M. ; Smadi, M. M. (2004). “Properties of tyre rubber ash mortar.” Cement & Concrete Composites, 26, pp. 821-826 - Benazzouk, A.; Douzane, O.; Mezreb, K.; Laidoudi, B.; Queneudec, M. (2008). “Thermal conductivity of cement composites containing rubber waste particles: Experimental study and modeling”. Construction and Building Materials, Vol. 22, pp. 573-579 - Paine, K. A.; Dhir, R.K.; Moroney, R. and Kopasakis, K. (2002). “Use of crumb rubber to achieve freeze thaw resisting concrete”, Proceedings of the International Conference on Sustainable Concrete Construction, University of Dundee, UK, pp. 356-362 - Hernandez-Olivares, F.; Barluenga, G.; Bollati, M.; Witoszek, B. (2002). “Static and dynamic behaviour of recycled tyre rubber-filled concrete.” Cement and Concrete Research, Vol. 32, pp. 1587-1596 - Y. Xi , Y. Li, Z. Xie, S. Lee, (2004). “Utilization of solid wastes (waste glass and rubber particles) as aggregates in concrete” University of Colorado, Boulder (USA) - Albano, C.; Camacho, N.; Reyes, J.; Feliu, J.L.; Hernandez, M. (2005). “Influence of scrap rubber addition to Portland I concrete composites: destructive and non-destructive testing.” Composite structures 71, pp. 439-446 - Sukontasukkul, P.; Chaikaew, C. (2006). “Properties of concrete pedestrian block mixed with crumb rubber.” Construction and building materials 20, pp. 450-457 - Turgut, P.; Yesilata B. (2008). “Physico-mechanical and thermal performances of newly developed rubber-added bricks.” Energy and Buildings, Vol. 40, pp. 679-688 - Batayneh, M. K.; Marie I.; Asi I. (2008). “Promoting the use of crumb rubber concrete in developing countries” Waste Management, Vol. 28, pp. 2171-2176 - Zheng, L. X.; Huo, S.; Yuan Y., (2008). “Experimental investigation on dynamic properties of rubberized concrete.” Construction and building materials, Vol. 22, 939-947 - Yilmaz A.; Degirmenci N. (2009). “Possibility of using waste tire rubber and fly ash with Portland cement as construction materials.” Waste management, Vol. 29, No.5 pp. 1541-1546 - Ganjian, E.; Korami, M.; Maghsoudi, A. A. (2009). “Scrap-tyre-rubber replacement for aggregate and filler in concrete” Construction and building materials, Vol. 23, No.5 pp.1828-1836 - Mavridou, S. and Oikonomou, N. (2009). “Improvement of chloride ion penetration resistanze in cement mortars modified with rubber from worn automobile tyres .’’Cement and Concrete Composites Vol. 31, No. 6 pp. 403-407 - Keleçtemur, O. (2010). “Utilization of waste vehicle tires in concrete and its effect on the corrosion behavior of reinforcing steels.” International Journal of Minerals, Metallurgy ubberized concrete: properties at fresh and hardened state.” Waste Management, Vol. 30, pp. 696-704 - Aiello, M. A.; Leuzzi F. (2010). “Conglomerati cementizi ottenuti con materiale riciclato da pneumatici fuori uso (PFU)” Tekneco, Vol. 1, pp. 29-36 - Neville, A. M.; Brooks J. J. (2010).

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