Nell’ambito della progettazione delle pavimentazioni flessibili, uno degli elementi più critici è quello di individuare il materiale più idoneo a fornire le prestazioni necessarie per la funzione che deve assolvere. In particolare, la scelta di materiali adeguati per una corretta progettazione della miscela per strati superficiali risulta di fondamentale importanza per garantire resistenza e durabilità alla pavimentazione. Autostrade Centropadane SpA, con il supporto tecnico-scientifico dell’Università di Parma, ha da qualche anno promosso attività sperimentali con l’obiettivo di testare la possibilità di incrementare la durabilità degli strati superficiali della pavime ntazione (binder e usura) con l’impiego di leganti bituminosi altamente performanti e la possibilità di massimizzare contestualmente l’impiego di inerti di recupero.
I tappeti e binder con inerti di recupero sono stati progettati in cooperazione con Imprese di produzione di polimeri e di bitumi modificati e con il coordinamento scientifico dell’Università di Parma; successivamente sono state effettuate serie di test di laboratorio e stese sperimentali che pongono a confronto mix diversi di materiali e bitumi modificati di differenti caratteristiche, per verificarne sul campo i parametri di efficienza. Le prove eseguite in laboratorio e sul campo post stesa hanno evidenziato risultati eccellenti in termini di durabilità, pur mantenendo i costi di costruzione contenuti. Gli ultimi test sulle stese di prova sono in corso di completamento e i risultati conclusivi saranno resi noti in una prossima comunicazione. Come discusso da molti Autori, le prestazioni a rottura del conglomerato bituminoso sono strettamente correlate alle proprietà del mastice di cui è composto, e di conseguenza alle caratteristiche del filler, del bitume e della loro interazione. I bitumi modificati vengono spesso impiegati al fine di ottenere miscele che offrano maggiori prestazioni in termini di resistenza ai fenomeni sia di fatica sia di ormaiamento.
Il presente studio si è incentrato sulla valutazione degli effetti che il bitume altamente modificato produce sulle prestazioni meccaniche di due tipologie di conglomerato bituminoso per strati superficiali: una miscela drenante denominata microtappeto tipo B e una miscela di tipo chiuso denominata Splittmastix Asphalt (SMA). In particolare, è stato utilizzato un bitume modificato hard “tradizionale” con un contenuto di polimeri pari al 6% e un bitume modificato hard “sperimentale” ipermodificato con un contenuto di polimeri pari al 7,5%. Per poter valutare al meglio le caratteristiche meccaniche che il bitume ipermodificato può fornire al conglomerato, quest’ultimo è stato testato utilizzando nella miscela, oltre agli aggregati naturali, anche le scorie di acciaieria.
Il comportamento a frattura dei conglomerati è stato valutato utilizzando un modello visco-elastico denominato “HMA Fracture Mechanics” recentemente sviluppato presso l’Università della Florida secondo il quale sono sufficienti cinque parametri, facilmente ottenibili dal test in configurazione di trazione indiretta Superpave IDT, per definire le proprietà fondamentali del materiale. Si è inoltre valutato il comportamento a rottura dei soli mastici utilizzando il test a trazione diretta Modified Direct Tension Test (MDTT) sviluppato presso l’Università di Parma per analizzare il comportamento a rottura dei mastici a temperature intermedie. È stata infine effettuata una prova di ormaiamento per simulare le prestazioni in opera di lastre di conglomerato confezionate con le due tipologie di bitume modificato hard, acquisendo così i dati sulle deformazioni permanenti e sugli effetti che il bitume ha prodotto sugli aggregati.
I materiali
Sono stati impiegati due tipi di conglomerati per strati di usura: un conglomerato bituminoso per microtappeto drenante ad elevata rugosità superficiale tipo “B” e un conglomerato bituminoso per strato d’usura antisdrucciolo chiuso tipo “SMA”. Entrambe le tipologie di conglomerato sono state confezionate presso il laboratorio per i servizi stradali Polierdo Srl secondo il Capitolato di Autostrade Centro Padane SpA, mentre i mastici sono stati preparati presso il laboratorio di “Prove Materiali e Strutture” dell’Università di Parma. La caratterizzazione meccanica è stata fatta sulla base della composizione delle miscele, ovvero variando la natura degli aggregati e la tipologia di legante. In particolare, sono state utilizzate due tipologie di bitume altamente modificato provenienti dalla stessa Azienda produttrice: una a marchio registrato denominato S, (polimero SBS tradizionale al 6%), e l’altra costituita da un bitume tradizionale con l’aggiunta del polimero K (polimero SBS innovativo al 7,5%).
Le due tipologie di conglomerato bituminoso sono state confezionate con la stessa gamma di aggregato, sia naturale che sintetico (scoria di acciaieria), avente dimensione massima di 12,5 mm. Gli aggregati naturali di origine fluviale sono costituiti da calcari micritici, serpentinite, quarzo e selce, mentre le graniglie sintetiche 4/8 e 8/12 derivano dalla lavorazione della scoria nera d’acciaieria che prende vita durante il ciclo produttivo dell’acciaio diventando un prodotto selezionato attraverso specifiche operazioni di deferrizzazione, frantumazione e vagliatura. Le granelle artificiali sono dotate di marcatura CE2+ per poter essere impiegate all’interno dei conglomerati bituminosi. Infine, come filler è stato utilizzato un prodotto ottenuto dalla macinazione in molino a circuito chiuso di rocce carbonatiche. La preparazione dei campioni di conglomerato è stata fatta sulla base dei pesi degli aggregati ottenuti dall’analisi granulometrica. Una volta definita la curva, gli inerti sono stati miscelati con una percentuale in peso di bitume, opportunamente calcolata:
- 5,20% di bitume per il microtappeto con aggregati naturali;
- 3,30% di bitume per il microtappeto con aggregati naturali e sintetici;
- 6,25% di bitume per lo SMA con aggregati naturali;
- 4,50% di bitume per lo SMA con aggregati naturali e sintetici.