Test sismici su strutture in Calcestruzzo Armato con aggregati riciclati

Fonte: American Concrete Institute (ACI) Structural Journal.

Negli ultimi anni sono stati effettuati test in tutto il mondo sull’uso degli aggregati riciclati nel calcestruzzo, anche per dare risposta a una crescente richiesta di riduzione del consumo di materiali e risorse naturali.

Di recente, presso IST - Instituto Superior Técnico - dell’Università di Lisbona, sono stati effettuati i primi esperimenti in scala su strutture in calcestruzzo riciclati con obiettivi molto ambiziosi: le strutture sono state sottoposte a forze orizzontali fino a crollare al fine di valutare la loro capacità di resistenza ad azioni sismiche. Il comportamento che le strutture hanno mostrato e stato quello che i ricercatori avevano accuratamente previsto con i modelli di ingegneria comuni adottati, e si è verificato che la capacità prestazionale delle tre strutture in calcestruzzo riciclato è stata la stessa di quella di una struttura in cemento armato convenzionale.

Questi promettenti risultati dimostrano che il riciclaggio di calcestruzzo sia una soluzione praticabile ed ecologica, e che quindi l'industria del calcestruzzo dovrebbe prendere in maggiore considerazione.

Negli ultimi decenni, tutto il mondo delle costruzioni ha condotto uno sforzo globale per migliorare la sostenibilità delle tecnologie e dei processi adottati,  e l'industria del calcestruzzo non fa eccezione. L'utilizzo di aggregati riciclati per la realizzazione di calcestruzzi rappresenta una soluzione che può ridurre al minimo l'impronta ecologica di questo settore, e consentire una riduzione della quantità di materiale da smaltire in discarica, di inerte estratto dalle cava naturali, e le emissioni fossili dovute al trasporto.
Gli aggregati riciclati riutilizzabili in calcestruzzi strutturali sono ottenuti dalla frantumazione di elementi in calcestruzzo, nello stesso modo con cui gli aggregati naturali sono prodotti dalla frantumazione di materiale naturale. Tuttavia gli aggregati riciclati hanno alcune proprietà diverse, di cui è necessario tenere conto  durante la produzione di calcestruzzo con questi materiali.

L'obiettivo del progetto di ricerca e sperimentazione è stato quello di studiare la possibilità di utilizzare aggregati riciclati, ottenuti dalla frantumazione di calcestruzzo di alta qualità, per strutture in calcestruzzo progettate secondo la pratica ingegneristica comune e con procedure di calcolo attuali.

Gli aggregati riciclati sono fatti sostanzialmente di pietrisco e malta. Questa malta ha elevata deformabilità, maggiore assorbimento d'acqua (rispetto a un inerte naturale), e specifiche proprietà di rugosità: tutte caratteristiche che devono essere considerate quando si progettano le miscele di calcestruzzo. E sono proprio queste diverse caratteristiche che portano un “clima di sospetto” verso l’uso di aggregati riciclati. Questi sospetti sono il maggior ostacolo verso un uso su larga scala di questo materiale ecologico, nonostante la crescente conoscenze scientifiche per quanto riguarda il materiale che mostra la sua applicabilità.
In questo contesto, l'obiettivo del progetto di ricerca condotto presso IST era quello di valutare se con l'impiego di aggregati riciclati le prestazioni strutturali potevano risentirne. Negli ultimi anni, alcuni esperimenti sono stati fatti in elementi strutturali e strutture a telaio bidimensionali in scala ridotta. Gli aspetti innovativi dei test condotti dal team di ricerca delle TSI (test su larga scala di strutture tridimensionali), non solo hanno un impatto aggiunto dovuta alla grandezza della campagna sperimentale di per sé, ma consentano anche di affrontare la possibile comparsa di fenomeni che campioni in scala ridotta potevano essere accidentalmente ignorati a causa di effetti di scala.

Inoltre, questo è stato il primo “monotonic destructive test”, una tecnica sperimentale utilizzata per valutare il comportamento sismico di strutture in calcestruzzo riciclato.
Il comportamento delle strutture è stata adeguatamente previsto: le conoscenze maturate sugli effetti degli aggregati riciclati sono state sufficienti per predire la risposta strutturale e quindi accertare che gli standard di progettazione forniscono una soluzione strutturale sismico resistente. Un aspetto fondamentale nella risposta sismica di una struttura è la sua capacità di deformazione, che non era solo adeguata, conforme alle norme internazionali, ma anche quella prevista dai calcoli di progettazione e indipendenti dall’uso di aggregato riciclato.

Il progetto di ricerca comprendeva non solo gli esperimenti di valutazione del comportamento sismico, ma anche la caratterizzazione dinamica e le prove di carico sulle strutture verticali. Il comportamento meccanico e la durevolezza a lungo termine delle strutture in calcestruzzo “riciclato” è stato analizzato e si è concluso che l'uso di prodotti riciclati di alta qualità non porta ad alcun ostacolo per una buona prestazione.

Una ricerca di questa portata non poteva essere possibile senza collaborazioni: Opway, una società di costruzioni, FCT (la Fondazione portoghese per la Scienza e la Tecnologia) e il programma portoghese per la ricerca e lo sviluppo associati con gli appalti pubblici, sono stati gli sponsor che hanno reso questi esperimenti possibili.

Sono in corso presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura e Georresources e centro di ricerca del CERIS TSI ulteriori studi in materia.

La ricerca può essere trovata in un documento intitolato “Horizontal Destructive Load Tests on Full-Scale Recycled Aggregates Concrete Structures”, pubblicato da American Concrete Institute (ACI) Structural Journal.