00 SSFA 05 Miscele sovrastrutture flessibili e semirigide.ppt …people.unica.it/mauroconi/files/2011/10/SSFA-05-Miscele-sovrastrut... · Fondazioni in misto granulare 4. Strati di

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Le miscele impiegate nelle sovrastrutture stradali

1. Composizione e caratteristiche meccaniche delle miscele

2. La stabilizzazione delle terre e delle miscele

Università degli Studi di CagliariUniversità degli Studi di CagliariSOVRASTRUTTURE SOVRASTRUTTURE DIDI STRADE, FERROVIE ED AEROPORTISTRADE, FERROVIE ED AEROPORTIProf.ing. Mauro Prof.ing. Mauro ConiConi ((http://web.tiscali.it/mauroconi/)http://web.tiscali.it/mauroconi/)

3. Fondazioni in misto granulare

4. Strati di base in misti legati e non

5. Misti cementati

6. Conglomerati bituminosi tradizionali

1.1. Composizione e caratteristiche meccaniche delle misceleComposizione e caratteristiche meccaniche delle miscele

Le sovrastrutture stradali sono costituite da una successione di strati sovrapposti che si possono assimilare ad unaserie di lastre gettate in opera mutuamente collaboranti in corrispondenza di ciascuna interfaccia. Gli strati piùsuperficiali sono sollecitati da notevoli azioni orizzontali mentre le azioni verticali, imposte dai carichi transitanti,determinano prevalentemente sollecitazioni di compressione e flessione, che si riducono progressivamente con laprofondità. Appare quindi chiara l’opportunità che le caratteristiche delle miscele siano differenti in relazione allaposizione che lo strato occupa e alla funzione che essa deve assolvere


posizione che lo strato occupa e alla funzione che essa deve assolvere.

I materiali che costituiscono gli strati superficiali devonoresistere alle azioni tangenziali mentre quelli inferiori devonopoter sopportare le sollecitazioni presso-flessionali. Inoltre,devono essere in grado di sopportare i fenomeni di faticaderivanti dall’azione ciclica dei carichi. Le caratteristiche disollecitazione degli strati più profondi (sottofondo efondazione) sono soprattutto di compressione; a questi sirichiede essenzialmente di essere indeformabili, al fine digarantire la regolarità del piano viabile.

INERTI+INERTI+(ACQUA)+(LEGANTE)+(ADDITIVI)(ACQUA)+(LEGANTE)+(ADDITIVI)+ADDENSAMENTO+ADDENSAMENTO ==M.GRANULARIM.GRANULARI BITUMEBITUME FILLERFILLER CONGLCONGL. BITUMINOSI E CEMENTIZI. BITUMINOSI E CEMENTIZI

TERRETERRE CEMENTOCEMENTO POLIMERIPOLIMERI MISTI BITUMATI E CEMENTATIMISTI BITUMATI E CEMENTATI

TOUTTOUT--VENANTVENANT CALCECALCE RITARDANTIRITARDANTI TERRE STABILIZZATETERRE STABILIZZATE

……………… ………….. ………….... CONGLOMCONGLOM. STRATI SUPERFICIALI. STRATI SUPERFICIALI

…………..

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2.2. La stabilizzazione delle terre e delle misceleLa stabilizzazione delle terre e delle misceleSi intende per stabilizzazione qualunque procedimento che tenda a migliorare le proprietà meccaniche del materialeoriginario (rigidezza, portanza, attrito interno, coesione, insensibilità all’acqua e al gelo, etc.) Molti materialipresentano già in natura le granulometrie volute e, se ben costipati con opportuno contenuto d’acqua, fornisconostrati di buona portanza e insensibili all’azione dell’acqua (tout-venant di cava). In questo caso la stabilizzazione èrappresentata dall’azione di addensamentoaddensamento delle macchine compattanti. Talvolta è necessario miscelare materiali


rappresentata dall azione di addensamentoaddensamento delle macchine compattanti. Talvolta è necessario miscelare materialidifferenti al fine di raggiungere i requisiti granulometrici: si parla in questo caso di stabilizzazionestabilizzazione granulometricagranulometrica.Ulteriori tecniche di stabilizzazione sono l’aggiunta di legantileganti (cemento, calce, bitume, etc.) e di sostanzesostanzeigroscopicheigroscopiche (cloruro di calcio, resine, etc.). La stabilizzazione può interessare i terreni di fondazione del rilevato e ilrilevato stesso, i sottofondi, gli strati di fondazione e base della sovrastruttura.

Tecniche di Stabilizzazione:Tecniche di Stabilizzazione:1.1. MeccanicaMeccanica2.2. GranulometricaGranulometrica3.3. Leganti idrauliciLeganti idraulici44 L ti id b i iL ti id b i i

La stabilizzazione meccanica e granulometrica sonostate gia ampiamente illustrate nella parte iniziale delcorso. Verrà ora approfondita la stabilizzazione conl’aggiunta di sostanze leganti e igroscopiche.

4.4. Leganti idrocarburiciLeganti idrocarburici5.5. ChimicaChimica

Se la terra da utilizzare non rientra nel prescrittofuso, per scarti contenuti di alcune frazioni, si puòprovvedere con vagliature all’eliminazione delleparti in esubero. Spesso ciò non è possibile: in terrericche di argilla e povere di elementi grossi o alcontrario con preponderanza di materiale grosso, sipuò ricorrere alla miscelazione in opportuneproporzioni di materiali differenti.

3.3. Misto granulareMisto granulareIl misto granulare è costituito da una miscela di aggregati lapidei di primo impiego, eventualmente corretta mediantel’aggiunta o la sottrazione di determinate frazioni granulometriche per migliorarne le proprietà fisico-meccaniche.Nella sovrastruttura stradale il misto granulare è impiegato per la costruzione di stati di fondazione e di base.L’aggregato grosso può essere costituito da elementi ottenuti dalla frantumazione di rocce di cava massive o di originealluvionale, da elementi naturali a spigoli vivi o arrotondati. Tali elementi possono essere di provenienza o naturapetrografica diversa purché, per ogni tipologia, risultino soddisfatti i requisiti di tab. 2.1. L’aggregato fino deve esserecostituito da elementi naturali o di frantumazione che possiedano le caratteristiche di tab 2 2 Il materiale va steso in


costituito da elementi naturali o di frantumazione che possiedano le caratteristiche di tab. 2.2. Il materiale va steso instrati di spessore finito non superiore a 25 cm e non inferiore a 10 cm e deve presentarsi, dopo costipamento,uniformemente miscelato in modo da non presentare segregazione dei suoi componenti.

La stesa viene sospesa quando lecondizioni ambientali (pioggia,neve, gelo) siano tali dadanneggiare la qualità dellostrato stabilizzato. Quando lostrato finito risulti compromessoa causa di un eccesso di umidità oper effetto di danni dovuti al geloper effetto di danni dovuti al gelo,esso deve essere rimosso ericostituito. Il costipamento diciascuno strato deve essereeseguito sino ad ottenere unadensità in sito non inferiore al98% della densità massimafornita dalla prova AASHOmodificata.

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Due materiali vengono tipicamente impiegati per realizzare gli strati di base: i mistimisti bitumatibitumati e i mistimisti cementaticementati.Buona parte delle pavimentazioni della rete stradale italiana hanno lo strato di base costituito da misti granulari legaticon bitume ( mistimisti bitumatibitumati). Esso può essere considerato un vero e proprio conglomerato bituminoso a masse apertecaratterizzato, rispetto a questo, da prestazioni meccaniche inferiori, percentuali di bitume minori e fusigranulometrici più aperti. Gli strati costituiti in misto bitumato hanno in genere spessori variabili dai 10 ai 20 cm che,in taluni casi previsti dal “Catalogo Italiano delle Pavimentazioni Stradali”, possono raggiungere i 32 cm. Nellepavimentazioni flessibili essi sopportano la maggior aliquota delle sollecitazioni pressoflessionali; per questa ragione le

4.4. Strati di base in misti legati e nonStrati di base in misti legati e non


pavimentazioni flessibili essi sopportano la maggior aliquota delle sollecitazioni pressoflessionali; per questa ragione lefessurazioni per fatica si manifestano inizialmente nello strato di base, all’interfaccia con lo strato di fondazione, esuccessivamente si propagano verso l’alto, interessando progressivamente lo strato di binder e di usura. Nellesovrastrutture semirigide, per la maggior rigidezza, il fenomeno interessa dapprima lo strato in mistomisto cementatocementato.

MISTO BITUMATOMISTO BITUMATO

La sua fragilità può causare una fessurazione diffusa e la perdita del legame cementizio. Ilmateriale in tale situazione assume le caratteristiche di un buon strato di fondazione in mistogranulare e il suo compito strutturale viene assunto dal misto bitumato. Le fessure sipropagano agli strati sovrastanti determinando la rottura della pavimentazione. Il mistocementato introdotto più recentemente (anni ’70) ha consentito di elevare le prestazionistrutturali delle pavimentazioni flessibili.Il suo impiego è andato crescendo nel tempo sia come strato dip g pbase sia come strato di posa delle lastre di calcestruzzo nellesovrastrutture rigide. Esso è costituito da inerti di frantumazionedi determinate caratteristiche granulometriche (il CNR prevede 2tipi di fusi) legati da modeste quantità di cemento (3-5%) e acqua(5-7%). In considerazione dell’entità dei carichi transitanti, latendenza attuale è quella di realizzare le sovrastrutture degli assifondamentali della viabilità statale di tipo semirigido. Tali sonooltre 1500 km di autostrade pari a 30·106 m2 di superficiepavimentata. In Sardegna saranno di tipo semirigido la S.S. n°131,S.S. n°195, S.S. n°125 ed altri importanti interventi.

5.5. Misti cementatiMisti cementatiLa stesa viene eseguita impiegando macchinemacchine finitricifinitrici. Il tempo massimo tra l’introduzione dell’acqua nella misceladel misto cementato e l’inizio della compattazione non deve superare i 6060 minutiminuti. La stesa non deve di norma essereeseguita con temperature ambiente inferiori a 00°°CC e mai sotto la pioggiapioggia. Nel caso in cui le condizioni climatiche(temperatura, irradiazione, ventilazione) comportino una elevata velocitàvelocità didi evaporazioneevaporazione, è necessario provvedere aduna adeguata protezione delle miscele sia durante il trasporto che durante la stesa. Il tempo intercorrente tra la stesadi due strisce affiancate non deve superare di norma le due ore per garantire la continuità della struttura. Subito dopoil completamento delle opere di stesa e finitura dello strato deve essere applicato un velo protettivo di emulsioneemulsione


il completamento delle opere di stesa e finitura dello strato, deve essere applicato un velo protettivo di emulsioneemulsionebituminosabituminosa acida al 55% in ragione di 1-2 daN/m2 e successivo spargimento di sabbia.

Il dosaggio di cemento viene determinato sperimentalmenteIl dosaggio di cemento viene determinato sperimentalmentein laboratorio su provini che vengono sottoposti a rotturaper compressione. Si richiede che, dopo 7 gg di stagionaturail carico di rottura sia compreso tra 30 e 70 kg/cm². Loscopo di limitare superiormente la resistenza è quello dievitare che un dosaggio elevato di cemento possadeterminare un’eccessiva fragilità. Molto più significativa èla resistenza a trazione dei misti cementati determinataattraverso la prova cosiddetta Brasiliana (trazioneindiretta) eseguita su provini cilindrici la quale deverisultare maggiore di 2.5 kg/cm2.

Per i m.c. si può assumere un comportamento elasticolineare, anche se il valore ottenuto in laboratorio puòtalvolta differire sostanzialmente da quello riscontratoin sito per il prodursi di fenomeni di fessurazione.

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Misti cementatiMisti cementatiMisti bitumatiMisti bitumati

6.6. Conglomerati bituminosi: COMPOSIZIONEConglomerati bituminosi: COMPOSIZIONEI conglomerati bituminosi a caldo tradizionali sono miscele, costituite da aggregati lapidei di primo impiego, bitumesemisolido, additivi ed eventuale conglomerato riciclato. Il legante deve essere costituito da bitumebitume semisolidosemisolido edeventualmente da quello proveniente dal conglomerato riciclato additivato con ACF (attivanti chimici funzionali). Aseconda della temperatura media della zona di impiego il bitume deve essere del tipo 50/70 oppure 80/100, conpreferenza per i primi per le temperature più elevate. Gli additivi sono prodotti naturali o artificiali che, aggiunti agliaggregato o al bitume, consentono di migliorare le prestazioni dei conglomerati bituminosi. Gli attivantiattivanti d’adesioned’adesione,


sostanze tensioattive che favoriscono l’adesione bitume – aggregato, sono additivi utilizzati per migliorare ladurabilità all’acqua delle miscele bituminose. Gli attivantiattivanti chimicichimici funzionalifunzionali (ACF) sono impiegati per rigenerare lecaratteristiche del bitume invecchiato contenuto nel conglomerato bituminoso da riciclare.

Gli aggregatiaggregati lapideilapidei, di primoimpiego o di riciclo, costituisconola fase solida dei conglomeratibituminosi a caldo tradizionali.Gli aggregati di primo impiegorisultano composti dall’insiemedegli aggregati grossi (trattenuti

l i ll UNI 5) d li

Nuovo Capitolato Nuovo Capitolato prestazionale proposto da prestazionale proposto da Univ. Ancona per il CNRUniv. Ancona per il CNR

al crivello UNI n. 5), degliaggregati fini e del filler che puòessere proveniente dalla frazionefina o di additivazione

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6.6. Conglomerati bituminosi: COMPOSIZIONEConglomerati bituminosi: COMPOSIZIONE

Il c.b. dopo costipamento non deve presentare una porosità eccessiva, poiché,l’azione del traffico tende a produrre movimenti relativi tra gli inerti edeformazioni permanenti. Per contro l’occlusione completa dei vuoti riduce laflessibilità e l’elasticità del materiale. Per ottenere c.b. impermeabili ènecessaria una quantità di bitume superiore a quella strettamente necessariaper rivestire tutti i granuli con una sottile pellicola. Se questa ha uno spessore

i i i i i i i i

Le caratteristiche finali della miscela sono fortemente influenzate dalla scelta granulometricascelta granulometrica e del legante bituminoso


eccessivo si riduce la resistenza meccanica, in particolare quella a trazione,Viceversa più le pellicole sono sottili più il c.b. risulta rigido e resistentemeccanicamente. Da ciò si deduce che il parametro fondamentale è la % dibitume che deve avvolgere tutti i grani con una pellicola di spessore adeguato,che dipende dalla dimensione dell’inerte (da 5 a 12 m).

Un criterio è quello di scegliere la percentuale ottimale di bitumein funzione dei vuoti residui della miscela di soli inerti. Ad esempiose questa vale 9.25% e si vuole che i vuoti del conglomerato sianocirca il 4% la percentuale di bitume dovrà risultare del 5.25%.Altro criterio consiste nell’assegnare la % di bitume in funzionedella superficie specifica, definita come rapporto tra la superficiecomplessiva di tutti i grani e il loro peso.È stata proposta la seguente espressione: 5% ab

c.b. tradizionali a = 3.75 4 .00c.b. per piste aerop. a = 4.25 4.50c.b. impermeabilizzanti a = 5.00 5.25

Dd

3.2Per il calcolo della superficie specifica (inm2/kg) Duriez propone la seguenteespressione, funzione del diametro minimo d emassimo D in mm:

Filler P200 >135 m2/kgSabbia di frant. 0/2 mm +polvere 33 m2/kgSabbia alluvionale 0.3/0.5 mm 6 m2/kgSabbia di frant. 0.1/2 mm 5 m2/kgGhiaino 3/8 mm 0,5 m2/kgGhiaia 5/25 mm 0,2 m2/kgPietrisco 40/60 mm 0,05 m2/kg

Per i conglomerati bituminosi comuni, che contengono al massimo l’8% di filler, la superficie specifica dell’inertecoincide con quella del filler. I due metodi illustrati possono considerarsi come teorici in quanto non tengono contodelle caratteristiche del bitume. Per questo motivo la % ottimale di bitume viene ricercata per via sperimentale,individuando per quale % si ottiene la massima stabilità ( prova Marshall, Brasiliana, etc.).

Lo studio della miscela si concretizza nell’adozione di una curva

6.6. Conglomerati bituminosi: STUDIO DELLA MISCELAConglomerati bituminosi: STUDIO DELLA MISCELA


granulometrica concepita con l’intento di conseguire la maggiorcompattezza possibile, uniforme distribuzione del legante nella massa,migliori caratteristiche meccaniche, una migliore distribuzione deglisforzi tra un grano e quelli circostanti, elevata coesione e attrito interno.Nella confezione delle miscele sono ammesse alcune tolleranze rispettoai valori ottimali. Ciò porta alla definizione di un fuso granulometricocon tolleranze maggiori nei diametri intermedi e minori alle estremità:le caratteristiche delle miscele risultano infatti sensibili ai diametri fini,mentre le dimensioni massime sono condizionate dalla necessità direalizzare un materiale omogeneo e, quindi, di limitare la dimensionemassima in relazione alla dimensione dello strato che devono costituire(1/3 – ½ dello spessore dello strato).

Il comportamento dei c.b. può essere efficacemente descritto dallacoesione, dipendente dal bitume, e dall’attrito interno, funzionedella spigolosità della miscela e del suo grado di compattezza.Durante la stagione invernale la coesione cresce per la maggioreviscosità del bitume, mentre durante la stagione estiva, con ridursidi questa, un materiale mal compattato può manifestaredeformazioni eccessive.

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La stabilità di una miscela bituminosa non è una qualità univocamente determinata, al pari della resistenza acompressione di un cls, ma dipende dal tipo e dalle modalità di prova. Queste sono numerose e tuttora in evoluzione.

6.6. Conglomerati bituminosi: STABILITA’Conglomerati bituminosi: STABILITA’

DuriezDuriez ha proposto prove di compressione semplicead espansione laterale libera, su provini cilindrici(d=8 cm, h=9 cm). Il provino viene compattato conun carico di 120 kg/cm2 applicato per 5’ e fatto

La prova proposta dall’ASTMASTM è analoga a quella di Duriezma con provini di dimensioni maggiori (d=10 cm, h=10 cm)e maggiore energia di compattazione (215 kg/cm2 per 2’). Lamaturazione avviene a 60° C mentre la rottura viene


un carico di 120 kg/cm applicato per 5 e fattomaturare a 18° C. La stabilità è data dal max sforzo determinata alla temperatura di 25° C)

Un’altra categoria di prove ricorre alla punzonatura diprovini di c.b. In particolare, quello messo a punto da PeltierPeltierè costituito da un cono di apertura 90°, che viene caricatosino a produrre un predeterminato affondamento. Lastabilità in questo caso è definita come la forza opposta a tale

ProveProve triassialitriassiali vengono eseguite su provini cilindricicostipati e lasciati maturare secondo varie modalità. Icarichi vengono applicati secondo le procedure tipiche dellaprova, dalla quale si possono tracciare i cerchi di Mohr evalutare la coesione e l’attrito interno.

stabilità in questo caso è definita come la forza opposta a taleaffondamento.

Tra tutte quella che ha trovato maggiore diffusione è senza dubbio la prova Marshallprova Marshall.

Più recentemente si va diffondendo anche la prova acompressionecompressione diametralediametrale (Brasiliana), eseguita su provinicilindrici caricati secondo 2 generatrici diametralmenteopposte. La rottura avviene solitamente secondo il pianopassante per le generatrici. Si assume come valore distabilità il massimo carico applicato sopportabile.

6.6. Conglomerati bituminosi: PROVA MARSHALLConglomerati bituminosi: PROVA MARSHALLLa provaprova MarshallMarshall consiste nel sottoporre un provinocilindrico (d=10.16 cm, h=6.35 cm) allo schiacciamentoattraverso 2 ganasce che confinano il provino durante laprova.


Il carico massino raggiunto in kg rappresta la stabilitàstabilità MarhallMarhall mentre l’avvicinamento subitodalle ganasce fornisce lo scorrimentoscorrimento. Il provino viene preparato a 125° C, costipandolo,all’interno di stampi appositi con, 50 o 75 colpi in funzione delle funzioni che il conglomeratodovrà assumere (base, binder, usura). Dopo aver sformato il provino con un estrattore, i provinivengono raffreddati a temperatura ambiente e quindi posti in vasca termostatica a 60° C per 30’.Immediatamente dopo vengono sottoposti alla rottura con velocità di 5.08 cm/min). Qualora ilprovino presentasse dimensioni differenti occorre applicare i coeff. correttivi riportati in tabella.

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6.6. Conglomerati bituminosi: PROVA MARSHALLConglomerati bituminosi: PROVA MARSHALLLa prova Marshall viene impiegata per l’esatta determinazione della percentuale dibitume ottimale. Si procedere confezionando gli stessi inerti con % di bitumecrescenti, eseguendo la prova Marshall e costruendo la curva stabilità - % bitume.Usualmente si trova un punto di massima stabilità che corrisponde alla % ottima dibitume. Occorre controllare che lo scorrimento assuma valori minimi. L’eventualitàche ciò non accada indica una composizione granulometrica non idonea. Si definisce


rigidità di un c. b. il rapporto tra la stabilità SS e lo scorrimento ff

Poiché si desidera che le deformazioni verticali siano trascurabili ènecessario che la rigidità sia tanto maggiore quanto più alte sono lepressioni di contatto. È stato proposto che la rigidità (kg/mm) siaalmeno 25-30 la pressione di contatto (kg/cm2).

6.6. Conglomerati bituminosi: PROVA MARSHALLConglomerati bituminosi: PROVA MARSHALL


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6.6. Conglomerati bituminosi: PRESSA GIRATORIAConglomerati bituminosi: PRESSA GIRATORIA

In Italia il costipamento impulsivo Marshall è ancora la tecnica più utilizzata per il mix design e per il QC dei conglomerati bituminosi. Studi più recenti (SHRP) individuano metodologie differenti di progetto delle miscele basate sull’utilizzo della pressa giratoria (PG).


miscele basate sull utilizzo della pressa giratoria (PG).

Tali tecniche sono state messe a punto studiando la composizione volumetrica finale delle miscele durante e al termine del compattamento. È infatti ben noto che le proprietà meccaniche dei conglomerati, che determinano le prestazioni delle pavimentazioni, dipendono fortemente dalle proprietà volumetriche delle miscele stesse.

Lo scopo della PG è quello di realizzare campioni di conglomerato, da sottoporre a diversi tipi di prove aventi caratteristiche simili a quelleprove, aventi caratteristiche simili a quelle prodotte dai rulli, in fase di realizzazione della stesa, e dal traffico in esercizio

Per i provini sono compattati avendo la possibilità di variare i seguenti parametri:· angolo di inclinazione (tipico 1.25°)· pressione di costipamento (tipico 600 KPa)· velocità di rotazione (tipico 30 giri/minuto)· numero di giri prefissato (in genere tra 5 e 200)

6.6. Conglomerati bituminosi: Conglomerati bituminosi:

PRESSA GIRATORIAPRESSA GIRATORIA

Per i provini sono compattati avendo la


p ppossibilità di variare i seguenti parametri:· angolo di inclinazione (tipico 1.25°)· pressione costipamento (tipico 600 KPa)· velocità di rotazione (tipico 30 giri/min)· numero di giri prefissato (tra 5 e 200)

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6.6. ConglCongl. bituminosi: COMPRESSIONE DIAMETRALE. bituminosi: COMPRESSIONE DIAMETRALE

La prova di rottura a compressionecompressione diametralediametrale va trovando unasempre più estesa applicazione. I provini possono essere glistessi della prova Marshall e vengono sollecitati attraverso duepiatti paralleli, e pertanto sono a contatto con il provino su duegeneratrici diametralmente opposte. In questo caso, vengono


generatrici diametralmente opposte. In questo caso, vengonoregistrate sia le deformazioni verticali sia quelle orizzontali. Seil materiale fosse perfettamente elastico lo sforzo massimovarrebbe:

HD

P

2Nei corpi visco-elastici lo stato

tensionale è diverso da quello deicorpi perfettamente elastici e sidiscosta da questo tanto più quantomaggiore è la componente viscosa.Anche in questa prova è possibileprocedere alla ricerca della %pottima di bitume, cioè quella cherende massimo il valore dellasollecitazione raggiungibile.

Un notevole vantaggio di tale provaè quello di poterla eseguire suprovini direttamente prelevati dallapavimentazione, senza introdurre gliincerti coeff. correttivi previsti nellaprova Marshall.

6.6. ConglCongl. bituminosi: COMPRESSIONE DIAMETRALE. bituminosi: COMPRESSIONE DIAMETRALE


Test triassiale su c.b.Test triassiale su c.b.

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Fatica Fatica -- 4PBT4PBT


La determinazione della percentuale di bitume di un conglomeratobituminoso si rende necessaria in fase di controllo della qualità e dicollaudo. Spesso viene impiegata in laboratorio per la determinazionedella % di bitume di diversi provini testati durante la ricerca della %ottima di bitume della prova Marshall. Infatti, durante le fasi dimescolamento e preparazione dei provini una parte del bitume aderisce

6.6. ConglCongl. bituminosi: % . bituminosi: % DIDI BITUME DELLA MISCELABITUME DELLA MISCELA


mescolamento e preparazione dei provini una parte del bitume aderiscealle pareti dei contenitori e pertanto non si fa affidamento sui dosaggideterminati dalla pesatura dei componenti la miscela. Per eseguire laprova si opera su un campione di almeno 1 kg. Il conglomerato vieneridotto in pezzi e sistemato sul filtro nel corpo centraledell’estrattore.

Il solvente (tetracloruro di carbonioCCl4, solfuro di carbonio CS2) vienedisposto sull’ampolla inferiore doveviene riscaldato a bagnomaria (CS2) oalla fiamma (CCl4). I vapori di solventealla fiamma (CCl4). I vapori di solventeraggiungono il condensatore e cadonosul campione di c.b., disciogliendo ilbitume. Un sifone garantisce che ilsolvente non superi un’altezza limite.L’operazione viene arrestata quando ilcampione si presenta privo di bitume.Gli inerti trattenuti dal filtro possonoessere anche soggetti all’analisigranulometrica.

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Estrazione bitume e granulometria inertiEstrazione bitume e granulometria inerti


Le prove per la determinazione della densità e dei vuoti residui sui c.b.presentano analogie con lo studio della compressibilità delle terre studiato conla prova Proctor. È pertanto possibile definire per una data energia di

costipamento del provino la densità massima c che corrisponde circa alla

massima stabilità. Nel diagramma c - % bitume è definibile una curva di

6.6. Conglomerati bituminosi: DENSITA’, POROSITA’Conglomerati bituminosi: DENSITA’, POROSITA’


g c

saturazione corrispondente alla % di vuoti nulla.

bi

c b

bp

'1

'11

bitume specificopeso

inerti specificopeso

bituminoso congl. specificopeso

porositàp

b

i

c

bitume di frazione b'

Questa espressione consente di determinare c infunzione di b’ per porosità costante. La densità cuicorrisponde il minimo di porosità è definita dalpunto in cui la curva a campana è tangente a quellaa porosità costante. Nei Capitolati viene solitamenteposto un limite al valore della porosità (es. 4.5%) eresta così univocamente definita la densità minimadel conglomerato bituminoso.

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Preparazione CBPreparazione CB


6.6. Conglomerati bituminosi: PRODUZIONE E STESAConglomerati bituminosi: PRODUZIONE E STESA


I conglomerati bituminosi di tipo tradizionale vengono confezionati a caldo in impiantiimpianti centralizzaticentralizzati. Il risultato finaledipende anche dal loro buon funzionamento e dalla predisposizione di un pianopiano didi controllicontrolli delle fasi del processo. Laproduzione può arrivare a 100 m3/giorno. L’aggregato viene preparato in mucchi, da questi sono prelevati con palecaricatrici e immessi nel prepre--dosatoredosatore. Da questo viene immesso in un tamburotamburo rotanterotante, nel quale viene essiccato.Durante questa operazione l’eventuale filler presente viene aspirato da potenti correnti d’aria (ciclonicicloni) che lorecuperano. L’aggregato attraversa una serie di vaglivagli che lo separano in 3-4 pezzature e accumulate in silossilos, dai qualiverranno prelevati per ricostruire l’esatta curva granulometrica. Gli inerti, a temperatura di 120-150°C, vengonoaddizionati con il filler proveniente dai cicloni e dagli appositi serbatoi. Inerti e filler vengono miscelati in un’appositavascavasca con il bitume (140-160°C). Dopo l’operazione di miscelazione (durata 30-40’’) il conglomerato viene caricatocaricato eetrasportatotrasportato in cantiere dove deve essere steso con una temperatura non inferiore a 120°C.

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Scopo di tale lavorazione è quello di riempire i vuoti dello strato non legato irrigidendone

Prima della stesa di uno strato di c.b. è necessario preparare la superficie per garantire una adeguata adesioneall’interfaccia mediante l’applicazione di emulsioni bituminose aventi caratteristiche specifiche. A seconda che lostrato di supporto sia in misto granulare oppure in c.b. si parlerà di mano di ancoraggio e mano d’attacco. Con laprima si intende una emulsione bituminosa a rottura lenta e bassa viscosità, applicata sopra uno strato in mistogranulare prima della realizzazione di uno strato in c.b..


L’emulsione bituminosa cationica viene applicata con un dosaggio di bitume residuomaggiore di 1,0 Kg/m2. Per mano d’attacco si intende una emulsione bituminosa a rotturamedia oppure rapida (in funzione delle condizioni di utilizzo), applicata sopra unasuperficie di c.b. prima della realizzazione di un nuovo strato, avente lo scopo di evitarepossibili scorrimenti relativi aumentando l’adesione all’interfaccia. Nelle nuove costruzioniviene utilizzata una emulsione bituminosa cationica dosata in modo che il bitume residuorisulti pari a 0.30 Kg/m2.

Scopo di tale lavorazione è quello di riempire i vuoti dello strato non legato irrigidendonela parte superficiale fornendo al contempo una migliore adesione per l’ancoraggio delsuccessivo strato in conglomerato bituminoso.



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Generalmente il comportamento delle miscele viene ridotto ad un comportamento visco-elastico, prescindendo dallacomponente plastica della deformazione. Il comportamento della miscela più semplicemente può essere caratterizzatadal modulo complesso E*, funzione della temperatura e della frequenza del carico.Se si sottopone un provino di conglomerato bituminoso a un carico di tipo armonicosi produce una deformazione

E* i d fi i

6.6. Conglomerati bituminosi: REOLOGIAConglomerati bituminosi: REOLOGIA

t sin0)sin(0 t

)i(0*


E* viene definito come: )sin(cos0

0*

iE

L’angolo rappresenta il ritardo della deformazione rispetto allatensione applicata, esprime le caratteristiche viscose delconglomerato bituminoso. Il modulo di E* è dato dal rapporto0/0 è Le prove condotte in laboratorio in diverse condizioni ditemperatura e frequenza di carico evidenziano come il modulocomplesso e l’angolo di fase variano in funzione della frequenza f.

Il modulo del conglomerato cresce con la frequenza fino a stabilizzarsiIl modulo del conglomerato cresce con la frequenza fino a stabilizzarsicon un valore Ef, mentre l’angolo decresce fino ad annullarsi perfrequenze di carico intorno a 1 Hz. Ciò significa che per valorisuperiori a tale valore il comportamento del materiale può considerasielastico. In condizioni medie un carico con frequenza 1 Hz corrispondead una velocità di percorrenza di circa 40 Km/h. Quindi l’ipotesi diassumere un comportamento elastico per le miscele bituminose risultavalida laddove le velocità medie della corrente veicolare sono superioria tale valore. Questo si verifica quasi certamente nelle stradeextraurbane, mentre nelle strade urbane o in tracciati particolarmentetortuosi i fenomeni viscosi possono determinare effetti apprezzabili.

23/08/2010

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21* iEEE 2

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* EEE È possibile esprime E* nella forma algebrica il cui modulo vale . La parte reale di E*riassume le proprietà elastiche del materiale e fornisce una stima del lavoro elastico (reversibile) di deformazionecompiuto dal carico applicato: pertanto viene anche chiamato modulo di restituzione; la parte immaginaria riassumele proprietà viscose e rappresenta una misura dell’energia dissipata irreversibilmente dalla viscosità del mezzo: diconseguenza viene spesso indicato con di modulo di dissipazione. Il modulo complesso dipende, oltre che dallafrequenza f del carico applicato dalla viscosità del materiale e quindi dalla sua temperatura Se si eseguono misure di


frequenza f del carico applicato, dalla viscosità del materiale e quindi dalla sua temperatura. Se si eseguono misure diE* a temperature diverse si ottengono valori diversi di E* e , pertanto E*= E*(T, f).

Isoterme del valore assoluto del modulo complesso, ottenute sottoponendo a flessione provini di conglomerato bituminoso per strati di base e di usura.


Sperimentalmente, si verifica che le variazioni di temperatura possono essere ricondotte a variazioni nella durata diapplicazione del carico e, pertanto, della frequenza. Si osserva che la curva che fornisce l’andamento di log (E*) infunzione del logaritmo della frequenza log(f) ad una temperatura Ts di riferimento coincide con la curva che esprimelogE*in funzione del logaritmo log(aT f) alla temperatura T (principio di sovrapposizione frequenza-temperatura).Il parametro aT prende il nome di fattore di traslazione e dipende dalle due temperature Ts e T, mentre la curva E*relativa alla temperatura Ts è detta curva maestra Da essa è possibile conoscere qualunque altra curva noto il fattore


relativa alla temperatura Ts è detta curva maestra. Da essa è possibile conoscere qualunque altra curva, noto il fattoreaT che varia in funzione delle caratteristiche della miscela. Ai fini della progettazione delle pavimentazioni flessibiliinteressa conoscere il valore assoluto di E*alle varie temperature e frequenze da introdorre all’interno dei modelli didimensionamento della sovrastruttura.

La risposta strutturale di questadipenderà, pertanto, dallatemperatura di esercizio e dallavelocità di transito dei carichi e, inparticolare, l’ampiezza delledeformazioni degli strati bitumatideformazioni degli strati bitumati.Curva maestra di E* relativa aduna temperatura di riferimento di15 °C e l’andamento del fattore ditraslazione al variare dellatemperatura T (in gradi K).

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00 SSFA 05 Miscele sovrastrutture flessibili e semirigide.ppt …people.unica.it/mauroconi/files/2011/10/SSFA-05-Miscele-sovrastrut... · Fondazioni in misto granulare 4. Strati di