Studio sulla sensibilità termica 134

In generale le caratteristiche meccaniche proprie dei materiali che presentano una componente bituminosa risultano sensibili alle variazioni di temperatura. I materiali indagati in questo studio risultano essere degli strati di materiale asfaltico riciclato (RAP), con contenuto di bitume variabile tra il 4 e l’11%, stabilizzati con emulsione bituminosa o con schiuma di bitume, per cui è normale aspettarsi che il loro comportamento meccanico risulti variabile al variare della temperatura dello strato stesso. Più è alta la temperatura infatti, più i legami coesivi instaurati dal bitume risultano deboli, facendo decrescere il modulo di rigidezza degli strati. Al contrario una diminuizione della temperatura porterà ad un aumento del modulo di rigidezza. Dal momento che le campagne deflettometriche sono state condotte in diverse condizioni atmosferiche, e quindi a differenti temperature, affinchè i moduli ricavati attraverso il processo di backcalculation possano essere confrontati tra loro risulta necessaria una loro correzione rispetto una temperatura di riferimento.

Figura 7.89 Dipendenza del modulo di rigidezza di un conglomerato bituminoso in funzione della temperatura [1]

Tale processo di correzione dei moduli risulta essere pratica comune quando si analizzano i risultati derivanti dal calcolo dei moduli di rigidezza di uno strato asfaltico a partire da dati deflettometrici. In letteratura si possono trovare infatti diverse relazioni di correzione del modulo di uno strato asfaltico in funzione della temperatura rilevata durante i rilievi FWD, come per esempio la formula suggerita dall’Asphalt Institute (Eq. 7.1) o quella presente nella normativa britannica HD29/08 (Eq. 7.2).

𝐸

_𝑇𝑠

= 10

𝛼(𝑇2−𝑇𝑠2)

⁡ ∙ ⁡𝐸

_{(Eq. 7.1)}

Dove ETs = modulo di rigidezza alla temperatura di riferimento espresso in MPa α = costante rappresentativa della suscettività termica della miscela T = temperatura a cui è stato eseguito il test espressa in °F

Ts = temperatura di riferimento espressa in °F, tipicamente 20 °C = 68 °F E = modulo di rigidezza alla temperatura del test

𝐸

₂₀

= 𝐸

_𝑇

⁡ ∙ ⁡10

(0.0003⁡∙⁡(20−𝑇)2−0.022⁡∙⁡(20−𝑇)) (Eq. 7.2) Dove E20 = modulo di rigidezza alla temperatura di 20 °C espressa in MPa

ET = modulo di rigidezza alla temperatura del test in MPa T = temperatura a cui è stato eseguito il test espressa in °C

Tali relazioni sono state sviluppate studiando il comportamento di conglomerati bituminosi a caldo, quindi la loro validità risulta limitata quando devono essere applicate a materiali stabilizzati a bitume. Si ricorda infatti che gli strati stabilizzati a bitume presentano un comportamento abbastanza diverso rispetto ai normali conglomerati bituminosi. I materiali stabilizzati tramite emulsione o schiuma di bitume, oltre che presentare una quantità di bitume inferiore e una percentuale dei vuoti superiore rispetto ad un normale conglomerato bituminoso steso a caldo, rientrano nella categoria dei materiali legati in maniera non continua, rendendo il materiale più simile ad un materiale granulare con caratteristiche meccaniche superiori a quelle dell’aggregato di partenza, piuttosto che ad un conglomerato bituminoso. La ridotta percentuale di bitume e la diversa composizione dei materiali stabilizzati rispetto ai conglomerati bituminosi suggeriscono che anche la dipendenza delle caratteristiche meccaniche dalla temperatura risulti differente. In particolare ci si aspetta che le caratteristiche meccaniche dei materiali stabilizzati risultino meno dipendenti dalla temperatura rispetto a quelle dei conglomerati a caldo. Questa ipotesi è stata confermata anche da altre ricerche, come per esempio quella svolta da Loizos e Papavasiliou [26], che hanno anche fornito un’equazione (Eq. 7.3) per la correzione dei moduli di uno strato stabilizzato con bitume schiumato in funzione della temperatura.

𝐸

_𝐹𝐴20

= 𝐸

_𝐹𝐴

(𝑇)⁡ ∙ ⁡ 1.037

(𝑇−20) _{(Eq. 7.3)}

Dove EFA20 = modulo di rigidezza alla temperatura di 20 °C espresso in MPa EFA(T) = modulo di rigidezza alla temperatura del test in MPa

T = temperatura a cui è stato eseguito il test espressa in °F

Quest’ultima relazione è stata sviluppata sulla base di uno studio effettuato esclusivamente su materiali stabilizzati con bitume schiumato, non comprendendo la stabilizzazione con emulsione bituminosa. Vista la generale mancanza di dati in letteratura è stato quindi effettuato uno studio sulla sensibilità termica delle miscele messe in opera nel campo prove. La metodologia di analisi risulta abbastanza semplice, ma allo stesso tempo innovativa. Assumendo che la temperatura di uno strato contenente bitume influisca sulle caratteristiche meccaniche della miscela, rilievi deflettometrici effettuati in corrispondenza della stessa sezione ma con temperatura sufficientemente diverse tra loro dovrebbero avere come risultato delle

deflessioni anch’esse abbastanza differenti. Elaborando tali deflessioni attraverso un processo di backcalculation risulta possibile calcolare i moduli di rigidezza che corrispondono a ciascuna temperatura. Utilizzando la formula suggerita dall’Asphalt Institute come riferimento, tali moduli potranno essere utilizzati per calibrare il coefficiente di suscettività termica α del materiale testato.

Seguendo questa logica, ogni miscela è stata sottoposta a dei rilievi FWD effettuati lo stesso giorno, in modo che il livello di maturazione risulti lo stesso, ma in differenti momenti della giornata in modo che ogni miscela venga testata in condizioni di temperatura molto differenti. I valori di α ricavati mettono in evidenza il fatto che i materiali testati presentano una sensibilità alla temperatura sensibilmente ridotta rispetto a quella dei conglomerati bituminosi a caldo. Si consideri infatti che il valore di α suggerito dall’Asphalt Institute per un conglomerato bituminoso a caldo è di 0.00012÷0.00013, mentre i valori di α trovati per gli strati riciclati sono compresi tra 0.000019 e 0.000057. Questi risultati sono in accordo con recenti studi che hanno indagato le performance di materiali stabilizzati con bitume schiumato, i quali asseriscono che la dipendenza del moduli di rigidezza di questi materiali dalla temperatura risulta essere circa un terzo rispetto a quella dei normali conglomerati bituminosi a caldo.

Miscela % Cemento % Calce α

2-A 1.0 2.0 0.000020

2-B 1.0 0 0.000024

4-D 2.5 0 0.000026

Tabella 7.5 Valori del coefficiente di suscettività termica α delle miscele stabilizzate con emulsione bituminosa ricavati dallo studio sulla sensibilità termica

Miscela % Cemento % Calce α

3-B 1.0 0 0.000019 3-A 1.0 2.0 0.000057 5-C 2.5 2.0 0.000043 5-D 2.5 0 0.000030 5-E 0 2.0 0.000032 5-F 0 3.0 0.000038

Tabella 7.6 Valori del coefficiente di suscettività termica α delle miscele stabilizzate con bitume schiumato ricavati dallo studio sulla sensibilità termica

Figura 7.90 Fattori di correzione del modulo di rigidezza in funzione della temperatura per ogni miscela confrontati con alcune leggi presenti in letteratura

Nel documento L'utilizzo della calce come filler attivo nei lavori di riciclaggio a freddo (pagine 135-139)