(Foto Bannafarsai_Stock/Shutterstock).

Il cemento è “buono” o “cattivo”?

La cattiva nomea della parola “cemento” è legata al concetto di “cementificazione”, il cancro del nostro territorio che meglio sarebbe definire come “consumo di suolo”: il recente rapporto dell’ISPRA, pubblicato nel luglio scorso, denuncia che in Italia il suolo impermeabile ha superato il 7% della superficie territoriale, per l’esattezza 23.039 kmq “di cemento”.
Naturalmente, questa è una semplificazione giornalistica: la superficie urbanizzata non è ricoperta di “cemento”, e il cemento – paradossalmente, come vedremo più avanti – non necessariamente è impermeabile…
Il cemento è un legante idraulico che si presenta sotto forma di una polvere finemente macinata, che, se mescolata con acqua, forma una pasta che fa presa e indurisce. Questa prestazione è dovuta alla formazione di silicati idrati di calcio in seguito alla reazione tra l’acqua aggiunta per la miscela e i componenti del cemento. Dal punto di vista chimico si tratta in generale di una miscela di silicati di calcio e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura ad alta temperatura di calcare e argilla oppure di marna.

La norma UNI di riferimento

La norma UNI-EN 197-1 del 2011 definisce la composizione, specificazioni e criteri di conformità per cementi comuni.
La norma definisce e specifica 27 distinti prodotti di cementi comuni, 7 cementi comuni resistenti ai solfati, nonchè 3 distinti cementi d’altoforno con bassa resistenza iniziale e 2 cementi d’altoforno resistenti ai solfati e i loro costituenti.
La definizione di ogni cemento comprende le proporzioni di combinazione dei costituenti per ottenere questi diversi prodotti in una gamma di nove classi di resistenza; inoltre comprende anche i requisiti che i costituenti devono rispettare e i requisiti meccanici, fisici e chimici dei 27 prodotti e le classi di resistenza. La norma definisce infine i criteri di conformità e le rispettive regole.
Concludiamo la definizione, ricordando che miscelando la pasta di cemento con inerti di diversa granulometria si ottiene il calcestruzzo.

Il cemento sostenibile

I produttori di cemento, come riporta Federbeton (la Federazione di settore appartenente a Confindustria) nel suo annuale Rapporto di Sostenibilità, sono impegnati nel fare della sostenibilità un obiettivo della ricerca sul prodotto e dei relativi investimenti. Nell’ultimo triennio (2018-2020), sono stati investiti oltre 140 milioni di euro per il miglioramento della sostenibilità della filiera.
Con riferimento al concetto di Economia Circolare, l’industria del cemento è impegnata nella possibilità di recuperare materia ed energia dagli scarti derivati da altri processi industriali riducendo l’impiego di materie prime naturali (calcare, argilla, scisti) provenienti da cave e miniere. Parliamo ad esempio di talune ceneri volanti, gessi chimici e scorie d’alto forno, scaglie di laminazione. Allo stesso modo, le frazioni di rifiuti per le quali non esistono attualmente forme di gestione preferibili in base alla gerarchia europea, possono diventare “Combustibile Solido Secondario” in sostituzione dei combustibili fossili, migliorando così le emissioni dell’impianto produttivo.

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Secondo il Rapporto di Sostenibilità 2020, in Italia il tasso di utilizzo dei combustibili di recupero, in sostituzione all’uso di quelli fossili, si attesta appena sotto al 21%, confermando un trend crescente, seppur ancora lontano dalla media europea del 50%, e scontando il fermo parziale degli impianti durante il lockdown dello scorso anno.
La strategia di decarbonizzazione della filiera italiana al 2050
La “Strategia per la decarbonizzazione” elaborata da Federbeton, sulla base di analisi di scenario, contiene l’approccio delle industrie della Federazione alla transizione ecologica e gli obiettivi da raggiungere entro il 2030 e il 2050. La strategia ipotizza una serie di azioni per raggiungere la carbon neutrality nel 2050, così come previsto dagli obiettivi europei.
Fra queste si ipotizza sia l’adozione di tecnologie di transizione a ridotta impronta carbonica, sia l’applicazione su larga scala di tecnologie per la cattura della CO2 ad uno stato avanzato di maturità, secondo le indicazioni della Commissione Europea (Technology Readiness Levels -TRL), con un impatto, in termini di investimenti, di circa quattro miliardi di euro per il raggiungimento della neutralità carbonica entro il 2050.
Alcune azioni sono immediatamente disponibili, come il ricorso ai combustibili alternativi; altre necessitano di una fase di sviluppo, come nel caso delle tecnologie di cattura della CO2.

Nuove soluzioni

Il settore del calcestruzzo è fortemente impegnato nella ricerca e nello sviluppo di soluzioni ambientalmente sempre più performanti. Le normative nazionali sugli acquisti verdi (CAM Edilizia), i rating di sostenibilità degli edifici e delle infrastrutture, sono solo alcuni esempi delle esigenze sempre nuove alle quali il materiale è chiamato a rispondere.
In questo contesto il settore è stato capace di andare oltre le caratteristiche più note del materiale, sviluppando soluzioni ad alto contenuto innovativo.
Riportiamo in queste pagine alcuni esempi, molto diversi fra loro.

Il CALCESTRUZZO DRENANTE
negli spazi pubblici urbani

Che cos’è

Si tratta di un calcestruzzo pre-confezionato, a base di leganti idraulici cementizi, aggregati selezionati e di additivi, avente caratteristiche drenanti e traspiranti, con alta percentuale di vuoti, consegnato in autobetoniera, da applicare mediante l’utilizzo di mezzi meccanici oppure a mano, nell’idoneo spessore e correttamente compattato, su diversi tipi di substrati, opportunamente protetto a fine getto mediante applicazione di teli in plastica. Al fine di mantenere le proprietà drenanti del prodotto, sia allo stato fresco sia allo stato indurito, non devono essere aggiunte sabbie o polveri di alcun genere, che possano occludere i vuoti presenti nel prodotto.
Nell’ambito delle problematiche relative al consumo di suolo e, in particolare, al drenaggio delle acque meteoriche, la realizzazione di superfici calpestabili con un calcestruzzo drenante risulta più “sostenibile” rispetto ad una analoga superficie totalmente impermeabile.

MUGGIÒ (MB)
Il giardino della Gioia e della Gentilezza
Progetto: arch. Ing. Sabina Freda (2021)

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Il progetto è stato impostato come un giardino polifunzionale di 6.000 metri quadrati, organizzato in aree con varie funzionalità: dalla piazza, al campo da basket, alle sedute, ai giochi, all’area cani.
Elemento unificatore dell’intervento è l’impiego di un calcestruzzo drenante per tutti i percorsi: un calcestruzzo con alta percentuale di vuoti, che consente all’acqua piovana di penetrare nel terreno. Le aree pedonali principali, che delimitano le aree multifunzione antistanti la piazza con le colonne, così come l’area pedonale dorsale che costeggia il parco “giochi d’altri tempi” e l’area sgambamento cani, sono realizzate in calcestruzzo drenante colorato in stabilimento. Per i sentieri gioco nel verde, è stato utilizzato un pigmento color rosso steso in loco con posa a freddo. (Da Tsport 341).

ISERNIA
Parco urbano della Stazione
Progetto: arch. Carlo Melfi, ing. Roberto Melfi (2021)

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Il progetto aveva come obiettivo centrale la realizzazione di un parco urbano che consentisse ai fruitori, indipendentemente dall’età, di svolgere al suo interno attività ricreative e di svago, beneficiando di un rapporto organico con un ambiente naturale riorganizzato negli spazi verdi con quadri ambientali artificiali di grande effetto.
Come intervento migliorativo offerto in sede di gara, si è prevista la sostituzione della pavimentazione in cls classico per esterni, fortemente impermeabilizzante, con la realizzazione di una pavimentazione in calcestruzzo drenante, ad altissima capacità filtrante, il quale grazie alla sua speciale composizione granulometrica e di miscele leganti, evita il ristagno dell’acqua in superficie, ne consente l’assorbimento attraverso le proprie maglie granulari e ne realizza il completo passaggio per infiltrazione nel sottostante strato di allettamento, realizzato in misto stabilizzato in materiale anch’esso completamente permeabile. In questo modo le acque meteoriche afferenti alla superficie della pavimentazione suddetta, filtrano completamente negli strati sottostanti e da questi, per infiltrazione naturale, vengono assorbite direttamente e completamente dal terreno.
Per migliorarne la resistenza meccanica, nell’impasto del calcestruzzo sono mescolate speciali fibre plastiche in grado aumentarne la resistenza suddetta.
Tra lo strato di calcestruzzo ed il letto di posa sono interposti fogli di geotessuto antiradice, al fine di evitare il radicamento di essenze erbacee che possono generare lesioni ed effetti antiestetici nella pavimentazione. (Da Tsport 341).

Il cemento bianco FOTOCATALITICO

CARVICO (BG)
Palestra comunale (2019)
Progetto: Roberto Sacchetto MSA

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Il progetto, del tutto innovativo, è impostato correlando la struttura e l’architettura della palestra con la struttura muscolare umana, quale richiamo simbolico alla destinazione finale dell’edificio.
Eliminato il concetto di fronti come tamponamenti di una struttura preordinata si è passati così allo studio delle fibre come pieni e vuoti, dove i pieni fossero sede dei flussi di forze dove far scorrere le tensioni statiche ma a loro volta disegnati dai vuoti che rappresentano la luce.
Da qui il passo successivo: la prototipazione degli elementi in sistemi autoportanti a disegno prefabbricati, pronti per essere posati e connessi assieme, creando una struttura autoportante finita con campate di luce libera intorno ai 30 metri.
Nella ricerca di un materiale idoneo, con adeguate capacità statiche ma nel contempo plastico nell’impiego ed ecocompatibile, si è approdati a un cemento speciale bianco candido che oltre a quelle qualità presenta anche la caratteristica fotocatalitica in grado di abbattere gli inquinanti presenti nell’aria e mantenere più pulita la superficie degli elementi esposti all’atmosfera.
La struttura a questo punto è stata ulteriormente approfondita per risolvere gli incastri a sbalzo che nell’insieme trasferiscono tutte le forze ma singolarmente richiedevano, in attesa della maturazione del getto di collegamento fra i vari piani, una importante sottostruttura di sostegno.
Solo con una scelta di questi materiali è possibile realizzare elementi ad alta complessità geometrica, con forme curve, spessori e dimensioni non ottenibili in modo massivo con altri materiali strutturali.
Con l’ausilio di alcune tecnologie di finitura superficiale dei casseri mediante applicazione superficiale di resine termoindurenti, è stato inoltre possibile ottenere sul calcestruzzo fotocatalitico un coefficiente di scabrezza quasi pari a quello dei materiali plastici. (Da Tsport 332).

L’ECONOMIA CIRCOLARE per lo Stadio del Cagliari

IL PROGETTO MEISAR

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Lo scorso marzo si è tenuto l’evento conclusivo del progetto MEISAR, finanziato grazie ai fondi del POR FESR Sardegna. MEISAR (Materiali per l’edilizia e le infrastrutture sostenibili – gli aggregati riciclati) intende favorire l’utilizzo di materiali riciclati per la costruzione di strutture e infrastrutture. In particolare si è scelto di focalizzare l’attenzione sugli Aggregati Riciclati (AR) per il confezionamento di calcestruzzi riciclati.
Il progetto, attuato dall’Università di Cagliari (Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura, Responsabile Scientifico Luisa Pani) con la partecipazione di diverse aziende del settore, si poneva il problema dell’eccessivo sfruttamento del territorio legato all’estrazione di materiali per l’edilizia, alla riduzione di risorse naturali e all’impiego dei materiali da costruzione e demolizione conferiti nelle discariche di I categoria Tipo A, nelle quali possono essere smaltiti soltanto i rifiuti inerti.
Gli interessanti argomenti e obiettivi del Progetto sono stati recepiti dal Comune di Cagliari, dal Cagliari Calcio e dalla Regione Sardegna. Questo ha reso possibile effettuare la campagna sperimentale nelle strutture dello Stadio Sant’Elia, di proprietà del Comune di Cagliari ed in gestione dalla Società Cagliari Calcio. Il progetto prevedeva la caratterizzazione teorico-sperimentale fisica, chimica e meccanica degli AR provenienti dagli impianti di riciclaggio aderenti al Progetto MEISAR; l’emergenza Covid ha tuttavia creato notevoli problemi con le aziende partecipanti, cosa che ha determinato la ridefinizione dei contorni della ricerca.

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La campagna sperimentale è stata condotta quindi sugli aggregati riciclati prodotti dalla frantumazione di due elementi strutturali in calcestruzzo dello Stadio Sant’Elia (la trave di sostegno del secondo anello, la forcella di sostegno e il relativo blocco di fondazione), che dovrà essere demolito per la costruzione di uno stadio di nuova generazione.
Prima della demolizione, su ognuno di questi elementi sono state effettuate una serie di analisi per individuare le caratteristiche del “calcestruzzo genitore” (test di carbonatazione, prova a compressione, prova a trazione, analisi petrografiche) in modo da riscontrare in seguito come tali caratteristiche di partenza influenzassero le prestazioni dei calcestruzzi nuovi ottenuti con gli aggregati riciclati. La vigente normativa prevede negli appalti pubblici l’obbligatorietà di impiego di una quota di materie prime secondarie minima del 5% in peso. Relativamente ai calcestruzzi strutturali, le attuali Norme Tecniche sulle Costruzioni (D.M. 2018) consentono al massimo un valore di sostituzione del 30% di aggregati riciclati di solo calcestruzzo, in sostituzione dei naturali. Le attività svolte all’interno del progetto MEISAR sui calcestruzzi strutturali hanno dimostrato che questa limitazione può essere sicuramente aumentata, senza per questo ridurne le caratteristiche prestazionali.

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Va ricordato però che l’intera filiera di produzione degli aggregati da materia prima secondaria deve essere qualificata (marcatura CE) e deve essere assicurata la demolizione selettiva delle costruzioni, che consente di separare all’origine le macerie. Gli aggregati riciclati da impiegarsi nel calcestruzzo strutturale, nel rispetto del D.M. 2018, devono provenire da demolizione di solo calcestruzzo almeno al 90%.
I risultati del progetto sono stati illustrati su inFormazione n. 1/2020, la rivista annuale dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Cagliari.