Disastri ambientali: calcestruzzo, quanta sabbia ci costa?

Oltre 40 anni fa (nel 1973) Herman Daly, professore di economia presso l’università di Yale, scrisse un libro che sarebbe diventato una delle pietre miliari degli studenti di ecologia: “Toward a Steady-state Economy”. Daly spiegava come l’economia è un prodotto dell’uomo, pertanto è un sottosistema che esiste solamente all’interno dell’ambiente antropizzato. L’uomo, a suo volta, è solamente uno delle tante specie viventi che popolano la Terra, e si tratta perciò di un sottosistema dell’ambiente naturale. È pertanto logico concludere che l’economia è un sottosistema, e pertanto dipendente, dell’ambiente naturale. La Terra è un sistema complesso ed enorme, dove miliardi di esseri viventi si incontrano e scontrano ogni giorno, ognuno alla ricerca del soddisfacimento dei propri bisogni. Eppure, per quanto grande sia questo sistema, non è infinito, e vi è un vero e proprio limite fisico alla quantità di risorse delle quali possiamo usufruire.

I consumi di aggregati da costruzione quali, ghiaia, sabbia, limo e argilla, non creano di per se problemi tanto che non rischiano di esaurirsi, quanto tutta la serie di problemi che la loro estrazione comporta: deforestazione, perdita di biodiversità, incremento del rischio di frane e slavine, contaminazione delle falde acquifere sono solo alcuni dei problemi che l’eccessivo uso di queste risorse sta provocando.

Possiamo continuare a remare contro la corrente e cercare di indurre una ripresa dei consumi, oppure ripensare i nostri modelli economici, in modo da individuare dei validi modi per promuovere uno sviluppo economico senza al contempo indurre un incremento del consumo di risorse naturali.

Potrebbe interessarti anche
Il suolo: una risorsa vitale ma limitata. Le conseguenze del degrado

La sabbia si fà sempre più rara

La sabbia e la ghiaia sono scavate in tutto il mondo. Esse sono formati da migliaia di anni di processi di erosione, sono ora estratte di gran lunga più velocemente di quanto tempo impegnino per formarsi. Per di più il volume di questi materiali che viene estratto continua ad avere un impatto sempre maggiore sui fiumi, le foci, le riviere marine e i rispettivi ecosistemi; da ciò risulta anche la perdita di diversi ettari di terra lungo le rive sabbiose e rocciose, abbassando quindi il livello delle acque e diminuendo, di conseguenza, le risorse di sedimento rimanenti.

A dispetto delle colossali quantità di sabbia e ghiaia che vengono utilizzati, la nostra crescente dipendenza da questi porta un significante impatto ambientale.

In tutto il mondo vengono scavate ogni anno tra le 47 e i 59 miliardi di tonnellate, dei quali sabbia e ghiaia, considerati come aggregati. Sorprendemente proprio sabbia e ghiaia sono i materiali che continuano ad essere scavati con più frequenza di qualunque altro materiale.

L’assenza di dati globali riguardo gli scavi porta a una stima assai difficoltosa riguardo agli impatti ambientali che produce e ha contribuito alla disinformazione riguardo tale risultato. Un modo per stimare l’uso globale di tali materie è analizzando l’utilizzo globale di cemento. La produzione di cemento è riportata da 150 paesi e ha raggiunto i 3,7 miliardi di tonnellate solo nel 2012.  Per ogni tonnellata di cemento, l’ industria delle costruzioni  necessita dalle 6 alle 7 volte in più della stessa quantità di sabbia e ghiaia.  Ciò rappresenta un muro di 27 largo per 27 alto intorno all’ equatore.

L’estrazione ha un impatto sulla biodiversità, sulla torbidità dell’acqua, sul livello dell’acqua e sul paesaggio (Tabella 1) e sul clima. Ci sono socio-economici, culturali e persino delle consequenze politiche.

Impatti Descrizione
Biodiversità Impatti sull’ ecosistema relativo (per esempio la pesca)
Perdita di terreno Erosione
Funzioni idrogeologiche Flusso idrodinamico dell’acqua
Fornitura d’ acqua Abbassamento del livello dell’ acqua
Infrastrutture Danni sulle dighe, etc.
Clima Produzione di cemento
Paesaggio Erosione Costiera, variazione in strutture del delta, polluzione di fiumi
Eventi estremi Protezione dagli eventi estremi

Tabella 1 – Impatti e descrizioni

Come si fa il calcestruzzo

Il calcestruzzo è un materiale lapideo artificiale composto con aggregati lapidei di diverse dimensioni inerti uniti da un legante idraulico, il cemento, la cui attivazione avviene grazie alle reazioni chimiche con l’acqua.

Pertanto i componenti essenziali del calcestruzzo sono:

  • il cemento,
  • gli aggregati, o inerti,
  • l’acqua.

Il cemento si ottiene cuocendo ad alta temperatura (1400 — 1500 C) una miscela di calcare ed argilla (nella proporzione di circa 1:3) e quindi macinando finemente il prodotto di cottura.

Gli aggregati o inerti formano lo scheletro solido del calcestruzzo e ne costituiscono la percentuale prevalente in peso e volume: la loro qualità è determinante per la buona riuscita del calcestruzzo. Gli inerti devono riempire al massimo i vuoti dell’impasto, onde rendere minimo il volume occupato dal cemento. A questo scopo si usano inerti di diverso diametro:

  • Inerti a grana grossa (ghiaia o pietrisco)
  • Inerti a grana fine (sabbia)

L’acqua, combinandosi con il cemento nel fenomeno dell’idratazione, dà luogo alla “presa” che trasforma l’impasto in una massa solida. Tuttavia l’acqua deve svolgere anche la funzione di lubrificante nell’impasto, rendendolo sufficientemente fluido da essere lavorabile. Per questo motivo l’acqua impiegata nell’impasto deve essere in quantità superiore a quella strettamente necessaria per l’idratazione del cemento.

Peraltro si deve tenere presente che all’aumentare dell’eccesso di acqua peggiorano sensibilmente le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo. L’acqua da usare nell’impasto deve essere il più possibile pura, quando è possibile si consiglia quindi l’uso di acqua potabile. In particolare devono essere evitate acque contenenti percentuali elevate di solfati e le acque contenenti rifiuti di origine organica o chimica. La presenza di impurità infatti interferisce con la presa, provocando una riduzione della resistenza del conglomerato.

Immagine1
Figura 1 – Composizione media di 1 m3 di calcestruzzo

Leggi anche

Degrado del calcestruzzo armato, analisi delle cause e soluzioni per il restauro

Un esempio: la Cina

Il bisogno di aggregati deriva da una vasta gamma di settori, tra cui la produzione di vetro, elettronica e aeronautica. Tuttavia, il suo uso più grande è nella costruzione e bonifica di terreni presi al mare. La tendenza per l’estrazione aggregati può essere stimata utilizzando la produzione di cemento come statistica approssimativa. La produzione di quest’ultimo si è moltiplicata di tre volte negli ultimi 20 anni da 1,37 miliardi di tonnellate di cemento nel 1994 a 3,7 miliardi di tonnellate nel 2012, principalmente a seguito della rapida crescita economica in Asia, e stimolato dallo sviluppo della Cina, che nel 2012 ha assorbito il 58% della produzione mondiale di cemento, o in termini massivi 2,15 miliardi di tonnellate di cemento. Cinque paesi – Cina (58%), India (6,75%), Stati Uniti (2%), Brasile e Turchia – producono il 70% del cemento a livello mondiale.

Tuttavia la domanda di cemento da parte della Cina è aumentata in modo esponenziale del 437,5% in 20 anni, rispetto all’uso nel resto del mondo che è aumentato del 59,8%. Ogni cittadino cinese sta attualmente utilizzando 6.6 volte più cemento di un cittadino degli Stati Uniti. La domanda continua ad aumentare con nuove infrastrutture e il rinnovo di quelle esistenti – tutti dipendenti dalla disponibilità degli aggregati. La  sabbia era fino a poco tempo estratta nelle cave sparse nel territorio interno e dal letto dei fiumi; tuttavia, un passaggio all’estrazione marina si è verificato a causa del declino delle risorse interne.

Quelle dei fiumi e dei mari rimangono le risorse di aggregati più utilizzate per la costruzione e il richiamo delle terre al mare. Di fatto, lavorare la ghiaia richiede meno processi e fornisce prodotti di alta qualità, mentre gli aggregati marini hanno bisogno di essere purificati dal sale.

Immagine2
Figura 2 – Produzione di cemento dal 1994 al 2012 in miliardi di tonnellate
Figura 3 – Emissioni di CO2 dalla produzione di cemento in Cina
Figura 3 – Emissioni di CO2 dalla produzione di cemento in Cina

Un altro esempio: Singapore

Singapore si sta sviluppando rapidamente e la sua popolazione è cresciuta di tre volte rispetto al 1960,da 1,63 milioni a 4,84 milioni di abitanti nel 2010. Dati i suoi confini ristretti Singapore necessita di più spazio per lo sviluppo delle proprie infrastrutture. Per rispondere a tale necessità, la città ha incrementato la propria area di più del 20 % negli ultimi 40 anni (un incremento di ben 130 kilometri quadrati), la maggior parte dei quali ricavati usando aggregati per strappare terre al mare. Singapore ha importato 517 milioni di tonnellate di sabbia negli ultimi 20 anni, Singapore è di gran lunga il più grande importatore di sabbia mondiale; e i suoi abitanti sono anche i più grandi consumatori di sabbia con 5,4 tonnellate di sabbia per abitante.

La sabbia è di solito importata dall’Indonesia, ma anche da altre nazioni vicine come la Malasya, Thailandia e Cambogia. L’esportazione di sabbia verso Singapore è stata la responsabile per la sparizione di 24 isole di sabbia indonesiane. Si ritiene che questo ha innescato tensioni politiche tra le due nazioni riguardo i confini marittimi. E’ riportato che la sabbia che viene esportata dall’Indonesia verso Singapore sta decisamente calando dal bando dichiarato nel febbraio del 2002. Gli altri paesi vicini stanno esportando poche quantità di materiali verso Singapore.

Il totale riportato della massa di sabbia importata (di 517 milioni di tonnellate) e il massimo della quantità di massa di sabbia importata a Singapore dalle sue quattro nazioni vicine (pari a 637 milioni di tonnellate) non coincidono, ciò dimostra un stima troppo bassa pari a 120 milioni di tonnellate non dichiarate. Ovviamente queste statistiche non includono le importazioni illegali e chiaramente c’è il bisogno di un monitoraggio migliore. Vi sono anche altri traffici illegali di sabbia. Alla stessa maniera il prezzo della sabbia cresce, quindi questo contribuisce al traffico di sabbia gestito dalle mafie locali. Il prezzo stimato della sabbia importata da Singapore è di 3 dollari americani per tonnellata dal 1995 al 2001, ma il prezzo è salito a 190 dollari americani per tonnellata dal 2003 al 2005.

Figura 4 – Sabbia importata
Figura 4 – Sabbia importata

Ridurre il consumo di sabbia

Un modo per ridurre il consumo di sabbia è di ottimizzare l’utilizzo di costruzioni e infrastrutture esistenti. Le costruzioni riciclate possono essere sostituite. Malgrado ci siano alti valori di minerali nella sabbia, è spesso usata per il calcestruzzo o per le autostrade. Il pietrisco può essere riciclato per ottenere aggregati, almeno per qualità molto inferiore. Il consumo di sabbia vogliono anche ridurre le riciclate bottiglie di vetro.

Il suolo è una risorsa sostanzialmente non rinnovabile nel senso che la velocità di degradazione può essere rapida, mentre i processi di formazione e rigenerazione sono estremamente lenti.


Scrivi un commento

Please enter your comment!
Please enter your name here