Pratiche di ingegneria e di costruzione sostenibili

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Roberto Parato(1)

PRATICHE DI INGEGNERIA

E DI COSTRUZIONE SOSTENIBILI

LA RICERCA DI UN MODELLO DI SVILUPPO CHE ABBIA UN IMPATTO SEMPRE MINORE SULL’ECOSISTEMA COINVOLGE ANCHE LE VIE DI COMUNICAZIONE. L’EVOLUZIONE DELLA TECNICA E LA RIDUZIONE DEI COSTI CONSENTONO L’UTILIZZO SEMPRE PIÙ AMPIO DI SOLUZIONI SOSTENIBILI PER LA REALIZZAZIONE DI STRADE E AUTOSTRADE

Il nostro sistema sociale si è modificato di pari passo con lo sviluppo della tecnologia e delle infrastrutture, parte integrante della nostra civiltà. La realizzazione di una via di comunicazione è fatta di una serie di attività come la progettazione, l’estrazione di materiali, la costruzione, l’utilizzo e l’eventuale rimozione. Queste attività modificano la topografia, incidono sulla flora e sulla fauna, sull’erosione del territorio, l’inquinamento atmosferico, del suolo ed acustico. A causa del forte impatto sull’ecosistema, le pratiche di ingegneria e di costruzione sostenibili si stanno diffondendo anche nella realizzazione di strade e autostrade.

1.

SUSTAINABLE ENGINEERING

AND CONSTRUCTION PRACTICES

THE SEARCH FOR A DEVELOPMENT MODEL WITH A LOWER IMPACT ON THE ECOSYSTEM ALSO INVOLVES COMMUNICATION ROUTES. THE EVOLUTION OF TECHNOLOGY AND THE REDUCTION OF COSTS ALLOW THE INCREASINGLY WIDE USE OF SUSTAINABLE SOLUTIONS FOR THE CONSTRUCTION OF ROADS AND HIGHWAYS

Our social system has changed at the same speed of the development of technology and infrastructure, an integral part of our civilization. The creation of a communication route is made up of a series of activities such as the design, extraction of materials, construction, use and possible dismantling. These activities change the topography, affect the flora and fauna, the erosion of the area and air, soil, noise pollution. Due to the strong impact on the ecosystem, sustainable engineering and construction practices are spreading in the construction of roads and highways.

I PRINCIPI DI SOSTENIBILITÀ PER UNA STRADA

La lavorazione delle materie prime per le pavimentazioni stradali necessita di una quantità di energia primaria e ha una emissione di CO2 più elevata rispetto alla costruzione di edifici [1]. La produzione di leganti per asfalto da petrolio greggio è un processo energivoro, che richiede circa 6 l di combustibile fossile per essiccare e riscaldare 1 t di aggregati per la costruzione di strade (S.T., 2010). Una strada che risponda a dei principi di sostenibilità può avere le seguenti caratteristiche: • deve essere progettata per ridurre il suo impatto sull’ecosistema e ottimizzare il suo tracciato in modo da salvaguardare il territorio e ridurre il consumo di energia da parte dei veicoli; • si deve adattare a future variazioni di utilizzo, come ad esempio aumento del volume del traffico o un incremento di vie pedonali e piste ciclabili; • deve utilizzare materiali innovativi e a basso impatto ambientale; • deve ridurre i consumi energetici ed essere in grado di produrre almeno una parte dell’energia che consuma (ad esempio per l’illuminazione).

LA PROGETTAZIONE

I metodi di progettazione influiscono sulla morfologia del suolo. Fra le buone norme di progettazione di una strada ci sono l’ottimizzazione e la semplificazione del suo tracciato, la gestione del deflusso delle acque piovane, il controllo dell’erosione, la tutela della fauna grazie alla creazione di passaggi e camminamenti dedicati. L’ottimizzazione del tracciato orizzontale riduce il materiale utilizzato per la costruzione e lo spazio sottratto al territorio naturale. L’allineamento verticale influisce sull’efficienza dei veicoli che percorrono la via di comunicazione e contribuisce a risparmiare energia. Queste soluzioni sono state fra le prime impiegate per rendere più sostenibile la costruzione di strade. Oggi si cerca di aumentare il risparmio di energia e l’utilizzo di materiali e metodologie di costruzione a basso impatto ambientale.

I MATERIALI A BASSO IMPATTO AMBIENTALE

I materiali riciclati da costruzioni e demolizioni

La quantità di materiale necessario per la costruzione di strade può essere ridotta sostituendo le materie prime con materiali riciclati da diverse fonti. Esistono numerosi progetti di ricerca che studiano questa possibilità. Fra questi si può citare il progetto SAMARIS (Sustainable and Advanced Materials for Road Infrastructures), dell’Unione Europea. Cemento, mattoni, metalli, legno e altri materiali di costruzione, possono essere utilizzati al posto di aggregati di materie prime. Il miglioramento delle tecniche di lavorazione e l’abbassamento dei costi di riciclaggio consentono di utilizzarli sempre più spesso per la realizzazione di basi stradali.

Il vetro

Il vetro riciclato viene ricavato da scarti della lavorazione, bottiglie riciclate e demolizione di edifici. Può essere impiegato sia come aggregato per lo strato di asfalto, sia come materiale per la composizione della base e della sottobase stradale. SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE

2. La costruzione di una strada 2. Construction of a road

PRINCIPLES OF SUSTAINABILITY FOR A ROAD

The processing of raw materials for road pavements requires a quantity of primary energy and it has a higher CO2 emission compared to the construction of buildings [1]. The production of asphalt binders from crude oil is an energy-consuming process, which requires about 6 liters of fossil fuel to dry and heat a ton of aggregates for road construction [2]. A road that responds to sustainability principles can have the following characteristics: • it must be designed to reduce its impact on the ecosystem and optimize its layout in order to safeguard the territory and reduce energy consumption by vehicles; • it must adapt to future variations of use, such as an increase in the volume of traffic or an increase in pedestrian streets and cycle paths; • must use innovative and low environmental impact materials; • it must reduce energy consumption and be able to produce at least a part of the energy it consumes (for example for lighting).

THE DESIGN

Design methods influence soil morphology. Among the good design rules of a road there are the optimization and simplification of its layout, the management of rainwater runoff, erosion control, the protection of fauna thanks to the creation of dedicated passages and walkways. The optimization of the horizontal alignment reduces the material used for construction and the space taken away from the natural territory. Vertical alignment affects the efficiency of vehicles traveling on the communication route and helps to save energy. These solutions were among the first used to make road construction more sustainable. Today we are trying to increase energy savings and the use of low environmental impact materials and construction methods.

LOW ENVIRONMENTAL IMPACT MATERIALS

Recycled construction and demolition materials

The amount of material needed for road construction can be reduced by replacing raw materials with recycled materials from different sources. There are numerous research projects that study this possibility. Among these we can mention the

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Riciclo e riutilizzo di materiale da costruzione di vecchie strade

Un altro modo di costruire strade a minore impatto ambientale è quello di riutilizzare il materiale impiegato per la costruzione di vecchie strade. L’asfalto rimosso per il rifacimento del manto stradale può essere processato e diventare asfalto riciclato, una valida alternativa all’estrazione e all’utilizzo di nuove materie prime.

Il riciclo di gomma da copertoni usati

L’utilizzo di gomma riciclata da copertoni usati è una tecnica molto dispendiosa dal punto di vista energetico e per questo motivo non è ancora molto diffusa. La gomma estratta e riciclata, preparata in granulato, viene utilizzata come additivo nelle mescole di asfalto.

Alternative al bitume e al cemento

L’uso di prodotti di origine naturale alternativi al bitume si inizia a diffondere, sebbene ancora per applicazioni su piccola scala e limitate. Esistono dei composti basati su oli e resine vegetali, sottoprodotto della lavorazione del legno. Assieme ad altri materiali biologici possono costituire la base per un bitume di origine vegetale. Un’altra possibilità viene fornita dal “biocemento” e dal “biocalcestruzzo”. Nel primo caso si utilizzano batteri per rafforzare suoli non consolidati mentre nel secondo caso si utilizzano batteri come additivo nel calcestruzzo, per prolungarne la resistenza e la durata. Un futuro abbattimento dei costi e il miglioramento della tecnologia di produzione potrà rendere queste soluzioni più diffuse.

RISPARMIO ENERGETICO

L’illuminazione delle strade e della segnaletica rappresenta un notevole consumo di energia e quindi, in modo indiretto, anche un aumento dell’inquinamento per la sua produzione. Per ridurre lo spreco di energia elettrica si possono utilizzare luci a basso consumo come i LED, impiegare dimmer (o varialuce) e prevedere lo spegnimento delle luci in modo alternato lì dove non è costante il loro utilizzo. L’installazione di pannelli fotovoltaici integrati al tracciato stradale può dare un ulteriore contributo al risparmio energetico.

UNA CASE STUDY: IL TULLAMARINE CALDER INTERCHANGE

Il Tullamarine Calder Interchange è uno snodo importante della rete viaria di Melbourne (Australia), situato vicino all’aeroporto della città. Il progetto di rifacimento ha interessato un tratto di circa 2 km, è stato iniziato nell’Ottobre 2005 e terminato nel Luglio 2007 [2]. Nell’esecuzione del progetto, sono stati applicate diverse soluzioni sostenibili. La strada è stata parzialmente ridisegnata, migliorandone la curvatura e aumentando la visibilità per gli automobilisti. Durante la costruzione è stato riciclato il 97% degli scarti generati dai lavori, ed è stato utilizzato asfalto riciclato. Come combustibile per i mezzi di cantiere è stato utilizzato biodiesel.

3. Esempio di asfalto riciclato 3. The recycled asphalt

SAMARIS project (Sustainable and Advanced Materials for Road Infrastructures), of the European Union. Cement, bricks, metals, wood and other construction materials can be used in place of aggregates of raw materials. The improvement of processing techniques and the lowering of recycling costs allow them to be used more and more often for the construction of road foundations.

The glass

Recycled glass is obtained from processing waste, recycled bottles and demolition of buildings. It can be used both as an aggregate for the asphalt layer and as a material for the composition of the road base and sub-base.

Recycling and reuse of old road construction material

Another way of building roads with a lower environmental impact is to reuse the material used for the construction of old roads. The asphalt removed for the remaking of the road surface can be processed and become recycled asphalt, a valid alternative to the extraction and use of new raw materials.

Crumb Rubber Modifier (CRM)

The use of recycled rubber from used tires is a very expensive technique from an energy point of view and for this reason it is not yet widespread. The extracted and recycled rubber, prepared in granulate, is used as an additive in asphalt mixtures.

Bitumen and cement alternatives

The use of products of natural origin alternative to bitumen is starting to spread, although still for small-scale and limited applications. There are compounds based on vegetable oils and resins, a by-product of wood manufacture. Together with other biological materials they can form the basis for a bitumen of vegetable origin. Another possibility is provided by “bio-cement” and “bio-concrete”. In the first case, bacteria are used to strengthen unconsolidated soils. In the second case, bacteria are used as an additive in concrete, to extend their resistance and duration. A future reduction of costs and improvement of production technology will make these solutions more widespread.

ENERGY SAVING

Street and traffic signal lighting represents a significant energy consumption and therefore, indirectly, also an increase in pollution for its production.

4. Condotti in polietilene riciclato 4. Recycled polyethylene pipes

5. Barriere antirumore con pannelli fotovoltaici [4] 5. Noise walls with solar panels on top [4]

Per il deflusso delle acque piovane lungo le banchine stradali, sono stati utilizzati dei condotti in polietilene riciclato. Questo ha consentito di ridurre sia i tempi che i costi di installazione. È stato costruito un bacino di ritenzione di acque piovane con una superficie di 500 m2 per trattare le acque piovane defluite dalla strada. Lungo il tratto oggetto dei lavori sono state installate delle barriere antirumore. Sulla sommità di tali barriere sono stati installati pannelli fotovoltaici per una potenza complessiva di 25 kW. L’elettricità generata dall’impianto fotovoltaico viene utilizzata per alimentare le telecamere di sorveglianza e l’illuminazione. Le crisi climatiche e ambientali e la scarsità di risorse sempre più importante sono evidenze che fanno vacillare le nostre certezze e abitudini consolidate e fanno maturare la consapevolezza che occorra in modo urgente una inversione di rotta rispetto a quello che sino ad oggi è stato il nostro modello di sviluppo, per evolvere verso una civiltà che sia compatibile con il pianeta che abitiamo. A questa visione non possono sfuggire le infrastrutture di trasporto e le vie di comunicazione, poiché attraverso esse, flussi di merci, persone, energia, si spostano per raggiungere le terminazioni della civiltà dell’uomo del XXI secolo. n

(1) Ingegnere e Consulente esperto in energie rinnovabili e sviluppo sostenibile SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE

To reduce the waste of electricity can be used low-consumption lights such as LEDs, dimmers and switch off the lights alternately where their use is not constant. The installation of photovoltaic panels integrated into the road layout can make an additional contribution to energy saving.

CASE STUDY: THE TULLAMARINE CALDER INTERCHANGE

The Tullamarine Calder Interchange is a main arterial in the Melbourne (Australia) road network, located near the city’s airport. The reconstruction project involved a stretch of about 2 km, which began in October 2005 and ended in July 2007 [3]. In the execution of this project, various sustainable solutions were applied. The road has been partially redesigned, improving its curvature and increasing visibility for drivers. During construction, 97% of the waste generated by the works was recycled, and recycled asphalt was used. Biodiesel was used as fuel for construction vehicles. For the drainage of rainwater along the roadside, recycled polyethylene pipes were used. This has allowed to reduce both installation times and costs. A 500 m2 stormwater retention basin was built to treat rainwater that had run off the road. Along the stretch covered by the works, noise walls were installed. On the top of these walls photovoltaic panels have been installed for a total power of 25 kW. The electricity generated by the photovoltaic system is used to power the surveillance cameras (CCTVs?) and lighting. The climatic and environmental crises, the increasingly scarcity of resources, are evidences that shake our consolidated certainties and habits and make us aware that an inversion of direction is urgently needed in our development model to evolve towards a civilization that is compatible with the planet in which we live. Transport infrastructure and communication routes cannot escape from this vision because, through them, flows of goods, people and energy move to reach the ends of the civilization of man in the 21st century. n

(1) Engineer and Consultant expert in renewable energy and sustainable development

Bibliografia / Bibliography

[1]. I.E. Agency - “Energy technology transitions for industry - strategies for the next industrial revolution”, tratto da www.iea.org/textbase/ nppdf/free/2009/industry2009.pdf, 2011. [2]. P. Newman - “Reducing the environmental impact of road construction”, 2012. [3]. S.T. Muench - “Roadway Construction Sustainability Impacts”, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research

Board, Construction 2010, pp. 36-45. [4]. www.vicroads.vic.gov.au (s.d.)