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Un conglomerato bituminoso composito ad alta durabilità

Le consuete procedure di manutenzione stradale prevedono la fresatura dello strato superficiale e la copertura con nuovo conglomerato bituminoso. Spesso si assiste anche alla semplice copertura laddove non ci siano problemi di rispetto delle quote

Le eventuali fessure presenti sulla superficie della vecchia pavimentazione (sia essa fresata o meno) rappresentano i punti preferenziali di innesco delle nuove fessure che si propagano velocemente attraverso il nuovo strato di usura.

Immagini

  • Un esempio di fessurazione per fatica
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    Un esempio di fessurazione per fatica
  • Un esempio di fessurazione per fatica
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    Un esempio di fessurazione per fatica
  • Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: subito dopo la stesa di 1,0 kg/m2
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    Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: subito dopo la stesa di 1,0 kg/m2
  • Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: un particolare della fase post-stesa
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    Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: un particolare della fase post-stesa
  • Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la rottura dell’emulsione e l’inizio della coagulazione
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    Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la rottura dell’emulsione e l’inizio della coagulazione
  • Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la maturazione dell’E.B. elastomerizzata
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    Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la maturazione dell’E.B. elastomerizzata
  • Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la maturazione dell’E.B. elastomerizzata
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    Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la maturazione dell’E.B. elastomerizzata
  • Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la stesa del conglomerato bituminoso fibrorinforzato con Iterfibra CS
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    Un intervento di manutenzione su una Strada Provinciale: la stesa del conglomerato bituminoso fibrorinforzato con Iterfibra CS
  • Un particolare del conglomerato bituminoso fibrorinforzato con Iterfibra C
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    Un particolare del conglomerato bituminoso fibrorinforzato con Iterfibra C
  • I risultati medi dei due sistemi a confronto sottoposti a prova di rottura flessionale a 25°C e velocità di deformazione imposta di 1,25 mm/min. Fmax = freccia massima; Mmax = momento massimo; Fmax = carico massimo; σt,max = tensione di trazione massima; C.V. = coeff. di variazione (deviazione standard normalizzata sulla media)
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    I risultati medi dei due sistemi a confronto sottoposti a prova di rottura flessionale a 25°C e velocità di deformazione imposta di 1,25 mm/min. Fmax = freccia massima; Mmax = momento massimo; Fmax = carico massimo; σt,max = tensione di trazione massima; C.V. = coeff. di variazione (deviazione standard normalizzata sulla media)
  • Altri parametri dell’usura fibrorinforzata
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    Altri parametri dell’usura fibrorinforzata

Questo fenomeno di degrado prende il nome di fessurazione di riflessione in quanto il nuovo strato fessurativo risulta del tutto coincidente con quello preesistente.

La fatica nei conglomerati bituminosi

Gli strati bituminosi costituenti una pavimentazione stradale sono soggetti a carichi ciclici indotti dal transito dei veicoli. Nel tempo, il susseguirsi e l’effetto dei carichi da traffico è variabile in funzione del volume di traffico, della velocità di percorrenza e del peso scaricato dagli assi dei mezzi. L’accumulo del danno comporta il decadimento delle proprietà meccaniche dei materiali costituenti la pavimentazione, il conseguente degrado della sovrastruttura e la sua perdita di funzionalità. Tale tipo di danneggiamento si manifesta, spesso, sotto forma di fessurazione a pelle di coccodrillo degli strati bituminosi e prende il nome di fessurazione per fatica.

Il Prof. C.L. Monismith, dell’Università di Berkley (California), uno tra i più noti studiosi nel campo deimateriali bituminosi e membro onorario della Association of Asphalt Paving  Technologiests (AAPT), ha definito nel 1969 la fatica come “quel fenomeno di fessurazione del materiale soggetto a tensioni cicliche o comunque ripetute aventi un valore massimo in genere inferiore alla resistenza a trazione del materiale stesso” (SHRP-A-404). Esso può essere schematizzato in due principali fasi in successione: l’innesco della fessura e la sua propagazione.

La prima fase corrisponde ad un degrado diffuso del materiale che genera una riduzione di rigidezza ed un indebolimento generalizzato dello strato, mentre la fase di propagazione si sviluppa a seguito del congiungimento di più microfessure con la formazione di evidenti macro-fessure.

Parallelamente all’entità del traffico ed alle variazioni di temperatura, nella valutazione della genesi e dello sviluppo del danneggiamento fessurativo per fatica, occorre tener presentemolti aspetti.

Infatti, lo studio della fatica di un conglomerato, anche se condotto per via accelerata in laboratorio, non può prescindere dalle variazioni delle caratteristiche dei materiali bituminosi nel tempo non imputabili direttamente a traffico e clima.

Vi è, infine, un’ulteriore peculiarità riguardante lo sviluppo dei degradi fessurativi per fatica ed il rallentamento che questi possono subire a seguito dei cosiddetti fenomeni di autoriparazione del conglomerato. La natura viscoelastica del conglomerato bituminoso fa sì che temperature e tempi di sollecitazione ne regolino il comportamento non solo durante la fase di sollecitazione, ma anche nel periodo di tempo che intercorre tra due applicazioni successive.

Generalmente il fenomeno della fatica dei conglomerati bituminosi si manifesta a causa di uno stato fessurativo che si genera alla base dello strato e che si propaga verso la superficie o, al contrario, che prende forma direttamente in superficie per poi insinuarsi negli strati sottostanti.

Il primo caso viene identificato come fessurazione bottom-up (dalla base dello strato alla superficie) e nasce per effetto delle ripetute sollecitazioni flessionali a cui è soggetto lo strato bituminoso, che si comporta come una trave inflessa. Queste continue inflessioni causano nel tempo il superamento del limite di deformazione per trazione sopportabile dal conglomerato degenerando nella rottura.

Nel secondo caso, invece, le fessure cosiddette top-down (dalla superficie alla base dello strato) nascono in superficie per effetto delle azioni tangenziali, indotte dall’adattamento o dalla trazione o dalla frenatura dello pneumatico sul piano viabile, o da irregolarità costruttive.

Gli studi delle fessurazioni per fatica, condotti dal passato fino ad oggi, hanno permesso alla Società Iterchimica di tracciare un quadro dettagliato dell’influenza che le caratteristiche compositive e strutturali dei materiali e dei pacchetti bituminosi hanno sullo sviluppo del degrado per fatica, permettendole di ideare una soluzione tecnologica specificatamente studiata per soddisfare le esigenze degli Enti gestori nei lavori di ordinaria manutenzione.

Lo strato di usura composito ad alta durabilità

Per meglio evidenziare le caratteristiche prestazionali di quanto la Iterchimica propone all’Ente gestore delle strade, la Società stessa ha svolto un’attività sperimentale presso il Laboratorio di Strade e Trasporti dell’Università Politecnica delle Marche, Dipartimento ICEA – Sezione Strade. L’obiettivo è stato quello di valutare le prestazioni a rottura per flessione di sistemi bistrato rappresentati uno strato di usura vecchio (strato inferiore) e uno strato di usura nuovo di ricopertura (strato superiore).

In particolare, sono stati messi a paragone due metodi di costruzione:

  • il sistema tradizionale, che consiste nell’applicazione di una mano d’attacco con emulsione di bitume distillato e la ricopertura con conglomerato bituminoso tradizionale per strato di usura;
  • il sistema innovativo, che vede invece l’impiego di emulsione elastomerizzata, denominata Item acida elastomerizzata 70%, e la ricopertura con conglomerato bituminoso per strato di usura ad alta durabilità, fibrorinforzato con Iterfibra C/S.

In entrambi i casi, la mano d’attacco e il nuovo strato di usura sono stati applicati su uno strato di supporto, costituito da vecchio conglomerato bituminoso compattato ed opportunamente levigato per simulare la condizione di un vecchio strato di usura o di una superficie stradale post-fresatura.

Il piano sperimentale ha previsto la realizzazione di travette composite bistrato (vecchio conglomerato bituminoso, mano d’attacco, nuovo conglomerato bituminoso) sottoposte a prove di rottura flessionale.

I risultati mostrano che il sistema innovativo (mano d’attacco con ITEM/acida elastomerizzata 70% e conglomerato bituminoso fibrorinforzato con ITER/Fibra CS) permette un incremento di resistenza alla rottura per trazione (σt,max) del 20% rispetto al sistema tradizionale (mano d’attacco con emulsione di bitume distillato e conglomerato bituminoso tradizionale).

Conclusioni

Tra gli strumenti attuativi di sicurezza attiva, per quel che concerne l’elemento infrastruttura, vi è certamente la corretta progettazione e manutenzione degli strati bituminosi della pavimentazione.

La conoscenza dei fenomeni di degrado che li interessano e delle cause che li hanno generati è alla base di un corretto approccio progettuale mirato al soddisfacimento delle funzionalità strutturali e trasportistiche della sovrastruttura. Le fessurazioni per fatica dovute alle sollecitazioni di trazione a cui è sottoposto il conglomerato bituminoso sono tra le principali cause di perdita di tali funzionalità a discapito della sicurezza degli utenti.

L’aumento delle prestazioni meccaniche e della durabilità richieste ai materiali bituminosi di oggi non lascia più spazio a progettazioni empiriche basate su metodologie oramai obsolete e non compatibili con i nuovi materiali presenti sul mercato. Occorrono caratterizzazioni più spinte dei conglomerati che forniscano al Progettista i dati su cui affinare le proprie scelte progettuali nell’ottica del risparmio, del recupero e della sostenibilità ambientale dell’opera, tutti concetti adottati da Iterchimica per la realizzazione del nuovo conglomerato bituminoso per strato di usura composito ad alta durabilità.