Development and validation of a recycling system policy for construction and demolition materials

Shiboub, Itad Eissa (2022). Development and validation of a recycling system policy for construction and demolition materials. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This thesis addresses the lack of proper management of reusable materials known as Construction and Demolition Waste (CDW) in developing countries. Construction and demolition waste refers to concrete, brick, asphalt, gravel, and angular sand. These materials are currently considered as waste and often, more likely always in developing countries, disposed of in dumping sites. This is regardless of the fact that they may be fully or partially reclaimed or recycled in new construction projects, saving valuable, scarce, and non-renewable resources. In addition to the depletion of natural resources, the disposal of construction and demolition waste causes substantial clogging of disposal sites with associated social and severe environmental impacts. It is in this context that this thesis first identifies and characterizes construction and demolition waste in Libya and Tunisia as two sample developing nations, and then develops and validates a basic recycling strategy called the Virgin-Material-for-UsedMaterial. The thesis then proposes avenues to consider for incentivizing the construction sector stakeholders, in developing countries, to use it; and finally, it carries out an environmentally and economically sustainable road intervention using recycled construction and demolition waste.

System dynamics simulation is the main methodological approach used considering its versatility to define and analyze complex dynamic systems using computer models that include both qualitative and quantitative variables. Three models were thus created, each addressing a distinct research objective. The first model depicted and analyzed the composition and characteristics of Libya’s annual construction and demolition waste production as a function of mainly cement production, cement consumption, population and its growth, and gross domestic product. The second model establishes an initial model of a recycling framework for construction and demolition waste in a case study of the construction sector in Nalut, Libya. The cost savings and convenience of using the recycling framework tend to motivate stakeholder participation. The third model predicts the future distress of the recycled pavement as a function of the characteristics and composition of the construction and demolition waste and is validated on rehabilitated roads in the Port of Rades in Tunisia.

The findings of the research are threefold. Since it is difficult to determine the exact amount of construction and demolition waste, and it is easy to estimate it instead, this study identified appropriate and relevant parameters that adequately describe and examine construction and demolition waste quantities generated on reasonable grounds. Cost savings are, for stakeholders, an effective motivator for recycling construction and demolition waste. Besides, the system dynamics model analyzing Libyan construction and demolition waste management is validated. It is also observed that sustainable road rehabilitation interventions can employ recycled materials successfully without compromising the technical quality of infrastructure, less so the economic cost-effectiveness and the social impact. Overall validation essentially consists of sensitivity analyses and a brief socio-political analysis.

Titre traduit

Développement et validation d'une politique du système de recyclage des matériaux de construction et de démolition

Résumé traduit

Cette thèse aborde le manque de gestion adéquate de matériaux valables connus sous le nom de déchets de construction et de démolition (DCD) dans les pays en développement. Cette appellation fait référence au béton, à la brique, à l'asphalte, au gravier et au sable anguleux. Ces matériaux sont considérés comme des déchets et souvent, voire toujours dans les pays en développement, éliminés dans des sites de décharge, indépendamment du fait qu'ils pourraient être entièrement ou partiellement récupérés ou recyclés dans de nouveaux projets de construction, économisant ainsi des ressources précieuses, rares et non renouvelables. En plus de l'épuisement des ressources naturelles, l'élimination des déchets de construction et de démolition provoque un engorgement important des sites de décharge avec des impacts sociaux et environnementaux sévères associés. C’est dans ce contexte que cette thèse vise notamment à : identifier et caractériser les déchets de construction et de démolition en Libye et en Tunisie comme étant deux échantillons de pays en développement ; développer et valider une stratégie de recyclage de base appelée Échange-Matériaux-Vierges-Contre-Matériaux-Usagés (V4UX), proposer des avenues à considérer pour inciter les parties prenantes du secteur de la construction des pays en développement à y recourir; et enfin réaliser une intervention routière écologiquement et économiquement durable en utilisant des déchets de construction et de démolition recyclés.

La simulation par la dynamique des systèmes (DS) est la principale approche méthodologique utilisée compte tenu de sa polyvalence pour définir et analyser des systèmes dynamiques complexes à l'aide de modèles informatiques qui incluent à la fois des variables qualitatives et quantitatives. Trois modèles ont ainsi été créés, chacun répondant à un objectif distinct de cette recherche. Le premier modèle décrit et analyse la composition et les caractéristiques des déchets de construction et démolition produits annuellement en Libye en fonction principalement de la production et de la consommation de ciment, de la population ainsi que de la croissance et du produit intérieur brut (PIB) de ce pays. Le deuxième modèle établit un modèle initial de structure de recyclage des déchets de construction et démolition dans une étude de cas du secteur de la construction à Nalut, en Libye. Les économies de coûts et la commodité de l'utilisation de la structure de recyclage motivent la participation des parties prenantes. Le troisième modèle prédit la dégradation future d’une chaussée recyclée en fonction des caractéristiques et de la composition des déchets de construction et démolition et est validé sur des routes réhabilitées dans le port de Radès en Tunisie.

Les conclusions de cette recherche se situent à trois niveaux. Etant difficile de déterminer la quantité exacte de déchets de construction et de démolition, et étant facile de l'estimer plutôt, cette étude a identifié des paramètres appropriés et pertinents pouvant décrire et examiner adéquatement les quantités générées de déchets de construction et de démolition sur des bases rationnelles. Les économies de coûts sont, pour les parties prenantes, une motivation efficace pour entreprendre le recyclage des déchets de construction et démolition. Par ailleurs, le modèle SD analysant la gestion des déchets de construction et démolition en Libye est validé. Enfin, il ressort que les interventions de réhabilitation durable des routes peuvent recourir avec succès à des matériaux recyclés sans compromettre la qualité de l'infrastructure au niveau technique, encore moins les contraintes économiques de rentabilité ou autres considérations environnementales et sociales d'un projet. La validation globale consiste essentiellement en des analyses de sensibilité et une brève réflexion socio-politique.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 229-244).
Mots-clés libres:	gestion des déchets de construction et de démolition, évaluation, entretien, réhabilitation, changement climatique, conditions économiques et physiques des routes, durabilité, modélisation dynamique des systèmes, pays en développement, économies circulaires, recyclage, production et consommation de ciment
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Assaf, Gabriel J.
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	18 nov. 2022 15:04
Dernière modification:	18 nov. 2022 15:04
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3108

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