Evoluzione temporale delle performance strutturali 138

Come già specificato precedentemente, i rilievi FWD sono stati distribuiti nel tempo al fine di avere un quadro completo sull’evoluzione delle caratteristiche meccaniche di ogni miscela di materiale riciclato. Le performance nel breve periodo sono state indagate con i rilievi effettuati dopo 1, 14, e 28 giorni dalla stesa, mentre le indagini dell’ottavo, del ventunesimo e del ventiseisimo mese risultano rappresentative del comportamento nel medio lungo periodo. La strada è stata aperta al traffico solamente dopo 9 mesi dalla stesa, per cui si può assumere che gli strati stabilizzati non siano stati sollecitati da carichi da traffico durante il periodo di maturazione.

Il processo di backcalculation è stato affidato al software Dynatest ELMOD6. In particolare è stata utilizzata l’opzione MET (Method of Equivalent Thickness) del modulo FEM/LET/MET. In precedenza abbiamo accennato al fatto che durante le campagne deflettometriche le deflessioni siano state rilevate attraverso 9 sensori, opportunamente distanziati. Tuttavia più ci si allontana dal centro piastra più la precisione relativa della misura decresce, semplicemente per il fatto che decrescono le deflessioni ottenute. Inoltre le deflessioni registrate da una certa distanza radiale in poi saranno rappresentative solamente del comportamento del sottofondo. Per questi

motivi i bacini di deflessione utilizzati nel processo di backcalculation comprendono solamente le deflessioni registrate dai cinque sensori piu vicini al centro piastra, ovvero fino a 600 mm da questo.

Il modello di pavimentazione utilizzato è costituito da uno strato di spessore variabile, a seconda dello spessore rilevato dai carotaggi, e da un semispazio infinito. Il primo strato rappresenta gli strati riciclati, mentre il semispazio rappresenta il complesso formato dalla sottobase stabilizzata a calce e dal sottofondo. Anche per i dati raccolti nelle ultime campagne di rilievo, dopo la stesa del tappetino di usura, è stato utilizzato lo stesso modello, con l’unica differenza che lo spessore del primo strato è stato aumentato di 3 centimetri per tenere conto del nuovo strato sovrapposto. Una volta terminata la fase di backcalculation i moduli di rigidezza degli strati riciclati sono stati corretti in funzione della temperatura registrata al momento dei rilievi utilizzando la formula proposta dall’Asphalt Institute ed i coefficienti di suscettività termica ricavati attraverso l’apposito studio precedentemente illustrato. Nei grafici che seguono si riportano i valori medi dei moduli di rigidezza, corretti rispetto alla temperatura, per ogni miscela ricavati sulla base delle differenti campagne di rilievo.

Figura 7.91 Evoluzione temporale del modulo di rigidezza medio della miscela 2A

Figura 7.93 Evoluzione temporale del modulo di rigidezza medio della miscela 4D

Figura 7.94 Evoluzione temporale del modulo di rigidezza medio della miscela 3B

Figura 7.96 Evoluzione temporale del modulo di rigidezza medio della miscela 5C

Figura 7.97 Evoluzione temporale del modulo di rigidezza medio della miscela 5D

Figura 7.99 Evoluzione temporale del modulo di rigidezza medio della miscela 5F

Dai grafici è possibile osservare che nella prima fase di vita, in cui la pavimentazione non è stata sottoposta alle azioni del traffico, le miscele hanno acquistato una discreta rigidezza. In corrispondenza delle prove del nono mese le miscele stabilizzate con emulsione bituminosa presentavano un modulo di rigidezza medio dell’ordine dei 1200 MPa, mentre quelle stabilizzate con schiuma di bitume un modulo medio dell’ordine dei 1600 MPa. Tra le miscele con emulsione quella con il modulo maggiore, uguale a circa 1500 MPa, risulta essere la miscela 4D, caratterizzata da una percentuale di cemento del 2,5%. La miscela 2A, contenente invece una percentuale di calce del 2%, oltre che l’1% di cemento necessario per promuovere la rottura dell’emulsione, presenta un modulo di rigidezza simile alla miscela 2B con l’1% di cemento. Riguardo alle miscele con bitume schiumato è stato osservato che le miscele contenenti sia calce che cemento presentano i moduli di rigidezza maggiori. Anche le miscele 3B e 5F, le quali contengono rispettivamente l’1% di cemento e il 3% di calce, presentano un modulo abbastanza elevato, dell’ordine dei 1600 MPa.

Si ricorda che fino al nono mese i test sono stati condotti direttamente sugli strati riciclati, quindi i moduli analizzati sono realmente rappresentativi delle caratteristiche delle singole miscele. Le ultime sessioni di prova hanno invece testato la pavimentazione costituita dalle miscele a cui è stato sovrapposto un tappetino d’usura a caldo. Quindi i dati ricavati dai test effettuati dopo 20 e 26 mesi dalla stesa sono rappresentativi del complesso formato dagli strati riciclati e dallo strato superficiale di usura. L’effetto del tappetino di usura è facilmente visibile nell’aumento dei moduli di rigidezza delle miscele. Un altro fattore che può avere contribuito a tale crescita di rigidezza è il traffico veicolare. Si suppone infatti che il passaggio dei veicoli produca un effetto massaggiante sulla pavimentazione, creando un effetto benefico ai materiali bituminosi [17]. Tuttavia il tasso di crescita dei moduli, soprattutto quelli relativi l’ultimo test, ha portato ad interrogarsi sul fatto che i coefficienti di correzione rispetto la temperatura utilizzati, ricavati nella configurazione senza il tappetino di usura, siano rappresentativi della condizione di pavimentazione completa, in cui sono

stati raccolti i dati deflettometrici. Dapprima quindi, i dati sono stati rielaborati utilizzando la legge di correzione sviluppata da Loizos studiando il comportamento delle miscele stabilizzate con bitume schiumato [26]. I dati ricavati sono stati quindi confrontati con quelli relativi alle correzioni basate sulla formula dell’Asphalt Institute utilizzando i coefficienti di suscettività termica sopra menzionati. Nel grafico seguente si presentano le percentuali di crescita dei moduli relative agli ultimi due test calcolate utilizzando i dati corretti con la legge di Loizos e quella dell’Asphalt Institute.

Figura 7.100 Tassi di crescita dei moduli di rigidezza delle differenti miscele, utilizzando i dati corretti tramite la formula dell’Asphalt Institute e quella di Loizos

Come si può vedere dal grafico i tassi di crescita derivanti dall’utilizzo della formula di Loizos sono molto inferiori di quelli derivanti dall’utilizzo dei coefficienti di suscettività termica calcolati. Si ritiene comunque che nemmeno la formula di Loizos sia rappresentativa della situazione reale della pavimentazione. Utilizzando quindi lo stesso approccio impiegato per calcolare i coefficienti di suscettività termica relativi alla situazione in cui il tappetino di usura era assente, è stato condotto un ulteriore studio sulla suscettività termica del complesso degli strati bituminosi. I coefficienti ricavati vengono riportati nella tabella seguente, confrontati con quelli dei soli strati stabilizzati.

Miscela % Cemento % Calce α αPav

2-A 1.0 2.0 0.000020 0.000077

2-B 1.0 0 0.000024 0.000171

4-D 2.5 0 0.000026 0.000141

Tabella 7.7 Valori del coefficiente di suscettività termica αpav del complesso formato da tappetino di

Miscela % Cemento % Calce α αPav 3-B 1.0 0 0.000019 0.000138 3-A 1.0 2.0 0.000057 0.000087 5-C 2.5 2.0 0.000043 0.000056 5-D 2.5 0 0.000030 0.000125 5-E 0 2.0 0.000032 0.000164 5-F 0 3.0 0.000038 0.000148

Tabella 7.8 Valori del coefficiente di suscettività termica αpav del complesso formato da tappetino di

usura e miscele stabilizzate con bitume schiumato

Come si può vedere, alcuni dei coefficienti ricavati in questo modo risultano addirittura superiori a quelli relativi ad un conglomerato bituminoso standard. Questo è imputabile al ristretto campo di temperature in cui sono stati calibrati i coefficienti. Per questo motivo i coefficienti sopra presentati non sono stati ritenuti rappresentativi. I coefficienti di suscettività termica utilizzati nelle elaborazioni finali sono stati quindi calcolati come la media pesata sugli spessori dei coefficienti ricavati per le sole miscele ed il coefficiente dei conglomerati bituminosi standard suggerito dall’Asphalt Institute. Nella tabella seguente si riportano tali coefficienti, mentre a seguire si riportano le evoluzioni temporali dei moduli delle miscele stablizzate con emulsione e con bitume schiumato.

Miscela % Cemento % Calce αPav

2-A 1.0 2.0 0.000036 2-B 1.0 0 0.000040 4-D 2.5 0 0.000041 3-B 1.0 0 0.000035 3-A 1.0 2.0 0.000068 5-C 2.5 2.0 0.000055 5-D 2.5 0 0.000046 5-E 0 2.0 0.000048 5-F 0 3.0 0.000054

Tabella 7.9 Valori del coefficiente di suscettività termica αpav medi calcolati come media pesata sugli

Figura 7.101 Evoluzione temporale dei moduli di rigidezza delle miscele stabilizzate con emulsione bituminosa

Figura 7.102 Evoluzione temporale dei moduli di rigidezza medi delle miscele stabilizzate con schiuma di bitume

Si riporta anche una tabella riassuntiva contenente i valori medi dei moduli di rigidezza di ogni miscela.

Tabella 7.10 Moduli di rigidezza medi delle miscele per ogni test FWD effettuato

Analizzando i valori sopra riportati si può notare come nei primi nove mesi i moduli di rigidezza presentino un andamento abbastanza eterogeneo. Inizialmente

variano tra i 1100 MPa e i 1700 MPa per le miscele contenenti emulsione, e tra i 1300 e i 2300 MPa per le miscele stabilizzate con schiuma di bitume. Successivamente, a 28 giorni e a 9 mesi, i moduli sono caratterizzati da andamenti sia crescenti che decrescenti, non presentando alcun pattern riconoscibile. Questo aspetto può essere spiegato considerando che dopo 14 giorni dalla stesa degli strati i livelli di maturazione delle miscele possono risultare molto differenti tra loro. Dopo 9 mesi dalla stesa invece si può ritenere che il processo di maturazione risulti completamente esaurito, e le miscele abbiano acquisito la propria rigidezza caratteristica [3].

Analizzando quindi i dati relativi al nono mese è possibile osservare come le miscele che hanno acquistato una maggiore rigidezza siano quelle con un più alto contenuto di filler attivo, come era normale aspettarsi. Mediamente le miscele stabilizzate con bitume schiumato presentano una rigidezza maggiore di quelle stabilizzate con emulsione bituminosa. I valori più bassi si registrano infatti per le miscele 2A e 2B con moduli all’incirca di 1100 MPa e 1000 MPa. I valori maggiori invece li presentano le miscele 3A e 5C, con valori attorno ai 1700. Nel grafico seguente si riportano i rapporti tra i moduli medi di ogni miscela e il modulo medio massimo relativo al nono mese.

Figura 7.103 Rapporto percentuale tra i moduli medi di ogni miscela ed il modulo massimo relativi al nono mese dopo la stesa

Dal grafico si può vedere chiaramente che le miscele al nono mese possono essere raggruppate in 3 categorie in funzione della rigidezza conseguita. Tra le miscele con i moduli maggiori, oltre che naturalmente la miscela 3A, troviamo le miscele 5C, 5F, 3B, e 4D. Tali miscele sono state confezionate tutte con schiuma di bitume, ad eccezione della miscela 4D, ed i loro moduli variano tra i 1500 MPa e i 1700 MPa. Le due miscele, entrambe con bitume schiumato, con un modulo intermedio sono invece la 5E e la

5D, con moduli dell’ordine dei 1350 MPa. Infine le miscele con le rigidezze minori sono la 2A e la 2B con moduli intorno ai 1100 MPa. Come già osservato per quanto riguardava la sensibilità alla temperatura, le miscele confezionate con schiuma di bitume che contengono entrambi i tipi di filler attivo presentano caratteristiche migliori rispetto le altre. Tali miscele presentano un rapporto tra agente bituminoso e filler attivo pari a 2 su 3.

Abbiamo già detto che i dati finora analizzati risultano rappresentativi delle caratteristiche proprie di ogni miscela. I risultati derivanti dalle prove successive invece devono essere pesati tenendo conto della presenza dello strato di usura. Risulta naturale quindi che i moduli derivanti dalla backcalculation delle deflessioni registrate dopo 20 e 26 mesi dalla stesa risultino superiori a quelli ricavati in precedenza. Inoltre una crescita della rigidezza può essere dovuta anche all’effetto compattante del traffico.

Figura 7.104 Rapporto percentuale tra i moduli medi di ogni miscela ed il modulo massimo relativi al ventiseiesimo mese dopo la stesa

Si può notare che la gerarchia che si era definita relativamente ai dati del nono mese in questo caso viene alterata, probabilmente a causa dell’eterogeneità del tappetino di usura. Per questo i giudizi relativi a queste prove non si ritengono rappresentativi del comportamento delle singole miscele, ma del complesso di queste con lo strato di usura. Si può osservare comunque come tale pacchetto asfaltico si comporti molto bene in termini di portanza, con valori di rigidezza dell’ordine di quelli di un conglomerato bituminoso. I moduli variano infatti da circa 4800 MPa fino a più di 7500 MPa.

Infine si presentano i grafici che riassumono l’evoluzione dei moduli nel tempo divisi per legante bituminoso utilizzato.

Figura 7.105 Evoluzione dei moduli medi delle miscele stabilizzate con emulsione nel tempo