La pavimentazione aeroportuale è una struttura realizzata allo scopo di consentire una circolazione rapida e sicura dei velivoli a terra. Deve resistere alle sollecitazioni del carico verticale (peso del velivolo), tangenziale (azioni di accelerazione e frenatura) e trasferire il carico al piano di posa. Le pavimentazioni aeroportuali potrebbero strutturalmente sembrare simili a quelle stradali ma si differenziano per entità del carico (in campo stradale il carico massimo per asse singolo è pari a 12 t mentre per un velivolo è pari a 24 t), geometria del carico e pressione di gonfiaggio delle gomme. Per questi motivi la pavimentazione aeroportuale deve essere più performante di quella stradale, tenendo conto anche del tipo di legante bituminoso impiegato, per garantire:
- resistenza alle sollecitazioni trasmesse dalle ruote dei carrelli;
- elevati livelli di aderenza in tutte le condizioni meteorologiche;
- elevata regolarità superficiale;
- durabilità e ridotti costi di manutenzione. Tutti questi fattori vanno presi in considerazione al momento del dimensionamento della pavimentazione e dei materiali a disposizione per poterla realizzare.
1. Con il reometro DSR sono stati determinati il modulo G* e l’angolo di fase delta sui campioni invecchiati
In considerazione di quanto sopra, per la costruzione di pavimentazioni aeroportuali si fa sempre più ricorso a conglomerati prodotti con bitumi modificati ad alto modulo complesso ma spesso anche questi non sono sufficienti a garantire le prestazioni minime richieste dal progettista.
Grazie all’impiego di nuove tipologie di polimeri, che possono essere utilizzati per andare a modificare la reologia di un legante bituminoso in funzione dei carichi a cui sarà soggetta la pavimentazione, il laboratorio Valli Zabban SpA di Bologna ha formulato e sviluppato un legante PmB 25/55-70 denominato Drenoval FG, specifico per produzione di conglomerati ad alto modulo complesso per pavimentazioni aeroportuali.
Per la formulazione e lo sviluppo del nuovo legante si è partiti dallo studio delle proprietà reologiche di un bitume modificato ad alto modulo di tipo tradizionale di designazione PmB 25/55- 70 e poi con l’aggiunta di specifici additivi e polimeri si è cercato di incrementarne le prestazioni in funzione della specificità dei carichi a cui è soggetta una pavimentazione aeroportuale.
PERFOMANCE GRADE
Le caratteristiche prestazionali dei bitumi modificati sono state definite utilizzando il protocollo SHRP per la determinazione del Performance Grade così da poterne valutare qualitativamente le prestazioni alle alte, medie e basse temperature di esercizio.
La prima prova è stata valutare la resistenza del legante a deformarsi alle elevate temperature una volta in esercizio. Per simulare il comportamento del legante in opera, post-produzione e stesa del conglomerato, i bitumi modificati da testare sono stati prima invecchiati a breve termine in laboratorio con la procedura Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT- UNI EN 12607-1). Sui campioni invecchiati, con il reometro DSR (figura 1), sono stati determinati il modulo G* e l’angolo di fase ä in funzione della variazione di temperatura. Come limite di soglia, per non incorrere in problemi di deformazioni permanenti (ormaie), è stato fissato un valore di G*/senä pari a 2,2 kPa come previsto dagli standard PG. Le curve risultanti sono riportate nel grafico 1 dove si rileva un miglioramento di 12 °C in termini di resistenza alle deformazioni permanenti del Drenoval FG rispetto a un bitume modificato ad alto modulo.
Sempre sui bitumi invecchiati RTFOT è stata eseguita successivamente la prova di Multi Stress Creep Recovery (MSCR), condotta a varie temperature così da poterne valutare la resistenza all’ormaiamento, andandone a determinare il valore di JNR, come deformazioni non recuperate e di recupero elastico (figura 2). Il test è stato condotto con un carico sia di 3,2 kPa, come indicato dalla normativa (UNI EN16659), sia di 6,4 kPa per simulare condizioni di carico più gravose, come quelle aeroportuali.
Sono state condotte prove a 50, 60 e 70 °C per valutare le deformazioni non recuperate dal legante in funzione del carico applicato. Sia con il carico standard di 3,2 kPa sia con quello da 6,4 kPa, le prestazioni del Drenoval FG sono risultate superiori garantendo una miglior resistenza all’ormaiamento (grafici 2 e 3). Lo stesso discorso vale anche per il recupero elastico alle tre temperature di prova (grafico 4).
Una volta indagate la resistenza dei leganti alle problematiche tipiche causate dalle alte temperature, si è passati poi a testarne le prestazioni alle medie e basse temperature di esercizio.
L’invecchiamento ossidativo del legante una volta in esercizio ne modifica nel tempo le proprietà reologiche, influenzando in maniera significativa le prestazioni della pavimentazione, dando luogo anche a fenomeni fessurativi che sono la causa di un suo deterioramento prematuro. Per valutare questi aspetti i leganti invecchiati a breve termine RTFOT sono stati poi invecchiati a lungo termine con il Pressure Ageing Vessel (PAV) per 65 ore a 100 °C a una pressione di 2,1 MPa, simulando così gli effetti dell’invecchiamento del legante in esercizio per un periodo di circa 7-10 anni, portandosi nelle condizioni di maggior rigidità del legante.
Sui campioni è stato determinato il modulo di rigidità a flessione mediante reometro a trave inflessa BBR (figura 3) per testare la resistenza del legante alle fessurazioni termiche causate dalle basse temperature. Per il test BBR si utilizza una piccola trave di bitume che viene immersa in un bagno di liquido posto alla temperatura di prova. Al centro della trave viene applicato un carico e viene misurata la sua deflessione nel tempo.
La rigidità viene espressa come valore di Creep stifness (S), calcolato in base alla deflessione misurata e a come il legante rilassa le sollecitazioni indotte dal carico espresso come m-value misurati a 60 secondi. Poiché un valore più elevato di rigidità allo scorrimento indica sollecitazioni termiche più elevate, è stato assunto un valore di S inferiore o uguale a 300 MPa.
Un valore basso di m è indice di una minore capacità di rilassare le sollecitazioni, per questo è stato assunto un valore minimo di 0,300. I risultati delle prove sono riportati nei grafici 5 e 6. Entrambi i leganti hanno prestazioni abbastanza simili per quanto riguarda sia la temperatura di stifness sia per m-value.
Le prove sono poi proseguite verificando le prestazioni di un conglomerato prodotto con i due leganti. In laboratorio sono state impastate le miscele con un mix design studiato appositamente per lo strato di usura di una pista aeroportuale. I conglomerati sono stati poi compattati con la pressa giratoria a Ndesign (120 giri) per la successiva caratterizzazione meccanica e a Nmax per la caratterizzazione volumetrica. Il mix design utilizzato per lo studio è riportato in tabella 1.
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
Sui provini è stata testata la resistenza a trazione indiretta a 25 °C. Sul provino realizzato con il Drenoval FG è stato riscontrato un valore di 1,75 MPa, contro un valore di 1,35 MPa su quello con il PmB 25/55-70. Una delle principali funzioni di una pavimentazione è quella di assorbire i carichi dalla superficie e di ridistribuirli sulla fondazione. La capacità di ripartire le tensioni in funzione dei cicli di carico e delle escursioni termiche a cui è soggetta la pavimentazione viene espressa come modulo di rigidezza. Per determinare il modulo, i conglomerati sono stati sottoposti a prove di rigidezza secondo la normativa UNI EN 12697-26 in configurazione di trazione indiretta (figura 4) a tre differenti temperature, mediante l’applicazione di un carico del tipo semisenoverso in controllo di deformazione. I risultati ottenuti sono riportati nel grafico 7.
L’andamento dei valori dei moduli, in funzione della temperatura, rispecchia quanto già apprezzato con le prove reologiche condotte sui leganti, con il Drenoval FG che è in grado di conferire al conglomerato valori di modulo nettamente superiori rispetto a un tradizionale bitume modificato ad alto modulo. Gli elevati carichi che insistono sulla pavimentazione della pista di un aeroporto potrebbero generare deformazioni che accumulandosi nel tempo potrebbero causare fenomeni di ormaiamento.
Tale fenomeno è più accentuato nello strato di usura della pavimentazione. Per verificare la tendenza delle miscele testate a deformarsi sotto carico, è stata eseguita la prova di wheel tracking secondo la normativa UNI EN 12697-22 parte B (figura 5).
La prova è stata condotta su lastre in condizioni di bagnato a una temperatura di 60 °C. L’andamento della deformazione in funzione del numero dei cicli è riportato nel grafico 8. I risultati espressi come cedimenti verticali registrati a ogni ciclo di carico (10.000 cicli totali) restituiscono un valore di ormaia finale prossima a 1,3 mm per il Drenoval FG contro i 2,5 mm per il bitume alto modulo.
CONCLUSIONI
Il Drenoval FG è un legante modificato specifico per piste aeroportuali. Consente di incrementare in maniera significativa le prestazioni del conglomerato bituminoso in termini sia di modulo sia di vita utile della pavimentazione.
Il Drenoval può essere impiegato su tutti gli strati leganti della pavimentazione. Se impiegato negli strati di usura può ridurre i fenomeni di ormaiamento della pista, sempre più frequenti negli aeroporti italiani a causa delle elevate temperature estive.
> Se questo articolo ti è piaciuto, iscriviti alla Newsletter mensile al link http://eepurl.com/dpKhwL , ricorda di seguirci anche sulla nostra nuova pagina Instagram e leggi la nostra Rivista online a questo link <