INDAGINI PRELIMINARI SUL
CAMPIONE DI FRANTUMATO DI
5.1 LAVORAZIONI PRELIMINARI SULLO SCARTO DI ROTTAME DI VETRO
Il percorso che lo scarto di rottame di vetro effettua, prima di poter essere impegnato per la produzione di conglomerati bituminosi, è piuttosto lungo e complesso. Qui di seguito diamo un breve cenno del percorso effettuato dal materiale che è stato utilizzato nel presente studio, proveniente dalla Ditta Revet S.p.A. 6
.
Tale Ditta si occupa della raccolta di tutti i rifiuti urbani delle Province di Pisa, Firenze, Prato e Siena, servendo 200 Comuni per un totale di circa 3.000.000 di abitanti.
Tutto il materiale raccolto dai mezzi di proprietà della Ditta stessa viene portato in un primo impianto situato a Pontedera, dove è effettuata una suddivisione in base alla tipologia di raccolta.
Nelle quattro Province servite dalla Revet S.p.A. la tipologia di raccolta da cui deriva il vetro è essenzialmente quella “multimateriale”, che costituisce il 90% del totale. Il restante 10% è suddiviso equamente tra “monomateriale vetro” e “porta a porta”. Essendo assai limitate le due quote di rifiuti derivanti da “monomateriale vetro” e “porta a porta” non è stato previsto un percorso dedicato per queste due tipologie di raccolta, ma vengono accorpate a quelle derivanti dal “multimateriale” per poi essere trasportate tramite autotreni all’impianto di trattamento di Empoli.
Qui i rifiuti derivanti dalla raccolta differenziata vengono trattati e suddivisi nei materiali costituenti di base, per poi essere affidati agli specifici percorsi di recupero.
La sequenza di passaggi presente in questo impianto è così costituita:
1) una prima cernita manuale eseguita su di un nastro trasportatore consente di eliminare grossi elementi come vasi di ceramica, pentole di metallo, blocchi di laterizio, bottiglie di plastica o altro;
2) il materiale giunge ad un sistema di vagliatura così da suddividere gli elementi in pezzature omogenee. Questa operazione viene eseguita in quanto i macchinari successivi lavorano con un più alto rendimento se gli elementi che vi giungono hanno dimensioni simili. Le pezzature individuate sono tre e risultano: d < 10 mm, 10 mm < d < 25 mm e d > 25 mm. Tutto il passante al setaccio dei 10 mm viene considerato idoneo e termina qui il suo percorso di trattamento mentre le altre due frazioni proseguono in maniera separata ai macchinari successivi;
3) tramite dei cicloni d’aria vengono aspirate le impurità leggere come carta, materiali organici, buste di plastica o altro;
5) un macchinario dotato di un potente magnete attira tutti i materiali ferrosi;
6) un altro macchinario, tramite un campo elettrico, riesce ad attrarre i materiali metallici non ferrosi;
7) un ultimo macchinario separa, tramite un lettore ottico, i materiali opachi da quelli trasparenti che vengono espulsi da un getto ad aria compressa.
La composizione media dei rifiuti in ingresso al ciclo di trattamento è così suddivisa: - 3% alluminio;
- 5% ferro; - 15% plastica;
- 7% Rifiuti Solidi Urbani (RSU); - 70% rottame di vetro.
In questo impianto vengono trattate circa 90.000 tonnellate annue di rifiuti, di cui 63.000 tonnellate costituite da rottame di vetro. II rendimento che si riesce ad ottenere nell’impianto di Empoli si attesta attorno al 60% sul rottame di vetro in ingresso, di cui circa 37.800 tonnellate annue diventano vetro pronto al forno, mentre 25.200 tonnellate annue vanno a costituire lo scarto di rottame di vetro.
Di questa quantità circa il 50% viene ceduta e trasportata in maniera gratuita dall’impianto di Empoli alla Ditta Granchi S.r.L.; della restante, una parte viene trasportata ad un impianto nei pressi di Mantova per un successivo ciclo di raffinazione, ed una parte alla Ditta SASIL S.p.A. in provincia di Biella, che la trasforma in sabbie feldspatiche, sabbie silicee, sabbie di vetro lavate e feldspati per l'industria del vetro, della ceramica e dei sanitari.
In Figura n. 44 è riportata una foto del cumulo del multimateriale nel piazzale dell’impianto di Empoli prima di essere trattato, mentre in Figura n. 45 è riportata la foto del cumulo degli scarti di rottame di vetro così come escono dall’impianto di selezione.
FIGURA N. 44 – Cumulo del multimateriale nel piazzale dell’impianto di Empoli, così come giunge
FIGURA N. 45 – Cumulo dello scarto di rottame di vetro nel piazzale dell’impianto di Empoli così come esce dal ciclo di selezione
Come detto in precedenza, circa 12.000 tonnellate annue di scarto di rottame di vetro vengono cedute dalla Ditta Revet S.p.A. alla Ditta Granchi S.r.L. Qui il materiale che risulta avere una pezzatura compresa tra i 10 mm e i 40 mm circa viene ridotto di granulometria per mezzo di un impianto mobile di frantumazione tipo OM Giove (Figura n. 46). Il materiale, una volta frantumato, viene vagliato da un setaccio vibrante di maglia 10 mm e separato in due cumuli distinti.
FIGURA N. 46 – Modello di mulino OM Giove a vagli separatori utilizzato dalla Ditta Granchi S.r.L.
Il passante al setaccio diviene “frantumato di vetro” o semplicemente “vetro lavorato” pronto ad essere impiegato, mentre il trattenuto viene definitivamente scartato.
Con questo intervento si ottiene un duplice risultato: da un lato si riduce la pezzatura massima portandola al di sotto dei 10 mm, (consigliata da molti studi come massimo valore limite accettabile); dall’altro si riesce ad eliminare buona parte dei materiali estranei più nocivi, costituiti essenzialmente da tappi di plastica e di sughero che per la loro natura elastica non si frantumano e quindi non riescono a passare le maglie del setaccio.
Questa operazione costituisce l’unica lavorazione aggiuntiva che deve svolgere l’impresa nell’utilizzo dello scarto di rottame di vetro.
Lo scarto che si ottiene è pari a circa il 5-6% in volume del materiale in entrata.
In Figura n. 47 è riportato il risultato conclusivo con il vetro lavorato pulito dal grosso degli elementi estranei e ridotto alle dimensioni di una sabbia.
FIGURA N. 47 – Il cumulo del vetro lavorato nel piazzale della Ditta Granchi S.r.L. pronto ad essere
impiegato
In Figura n. 48 è inserita la foto del cumulo degli scarti non passanti al setaccio da 10 mm, mentre nella successiva Figura n. 49 è riportato il dettaglio della composizione tipica di questi scarti, costituita prevalentemente da tappi di plastica e di sughero.
FIGURA N. 48 – Il cumulo degli scarti non passanti al setaccio da 10 mm nel piazzale della Ditta Granchi
FIGURA N. 49 – Dettaglio del cumulo degli scarti non passanti al setaccio da 10 mm che mostrano la forte presenza di tappi di plastica e di sughero
L’ammontare complessivo di frantumato di vetro utilizzabile dalla Ditta Granchi S.r.L. risulta di circa 11.000 tonnellate annue, che vengono impiegate come alternativa alla sabbia naturale. In Figura n. 50 è riportata la foto della tramoggia che accoglie alternativamente il frantumato di vetro e la sabbia naturale.
FIGURA N. 50 – La tramoggia utilizzata dalla Ditta Granchi S.r.L. per dosare alternativamente il frantumato
5.2 INDAGINI PRELIMINARI SUL CAMPIONEDI DI FRANTUMATO DI VETRO O VETRO LAVORATO
Prima di effettuare prove sul conglomerato bituminoso contenente frantumato di vetro, sono state eseguite numerose analisi sul solo materiale base così da caratterizzarlo e meglio valutarne il possibile impiego.
Qui di seguito è riportato l’elenco delle analisi effettuate: - campionamento (UNI EN 932-1);
- caratteristiche compositive;
- determinazione della distribuzione granulometrica (UNI EN 933-1); - determinazione della forma dei granuli (UNI EN 933-3);
- determinazione della percentuale di superficie frantumata (UNI EN 933-5); - determinazione dell’equivalente in sabbia (UNI EN 933-8);
- prova di schiacciamento (CNR 4/53);
- determinazione della massa volumica dei granuli e dell’assorbimento d’acqua (UNI EN 1097-6);
- affinità tra aggregato e bitume (UNI EN 12697-11).
5.2.1 Campionamento
Il prelievo della frazione di scarto di rottame di vetro poi utilizzata per il confezionamento dei conglomerati tipo “base”, “binder” ed “usura” è stato effettuato secondo la Norma UNI EN 932-1 dal cumulo fornito e predisposto dalla Granchi S.r.L. Onde evitare disomogeneità, si è avuto cura di prelevare tutto il materiale necessario nell’arco dello stesso giorno, garantendo inoltre che le varie porzioni estratte dal cumulo venissero accorpate a formare un unico campione rappresentativo.
5.2.2 Analisi merceologica
Il processo che seleziona il vetro destinato alla fabbricazione di nuovi contenitori dà luogo, come descritto in § 2.5, ad uno scarto di lavorazione che non risponde ai requisiti di accettazione in vetreria, riguardanti il contenuto di impurità che possono costituire un deterrente anche all’impiego del vetro nei conglomerati bituminosi per usi stradali, come sottolineato in alcune ricerche internazionali (cfr. § 3.4.1.6): si è voluto pertanto valutare la percentuale in peso e la natura degli elementi estranei presenti nel campione di frantumato di vetro utilizzato nella presente indagine.
La procedura ha consistito nel sottoporre un chilo di frantumato di vetro a vagliatura umida, eseguita lavando il materiale su di un setaccio di apertura 0,075 mm, in modo da ottenere una migliore separazione delle varie componenti e distinguere più chiaramente
le varie tipologie di impurità, senza andare incontro a perdite rilevanti del campione. Il materiale è stato quindi asciugato per 24 ore in forno alla temperatura di 50 °C, onde evitarne il danneggiamento e l’alterazione.
Il campione vetroso così trattato è stato suddiviso nelle seguenti quattro pezzature: 1) > 5 mm;
2) 2 mm - 5 mm; 3) 1 mm - 2 mm; 4) 0,075 mm - 1 mm.
Sulle frazioni 1 e 2 è stato possibile effettuare un controllo dettagliato, condotto attraverso selezione visiva e separazione manuale.
Sulla frazione 3, caratterizzata da granulometria più fine, ci si è limitati ad eseguire il controllo su di una quota rappresentativa del totale, selezionata tramite quartatura, ragguagliando successivamente le quantità misurate alla massa complessiva.
Per quanto riguarda la frazione 4 (0,075 mm - 1 mm), constatata l’impossibilità di effettuare una separazione efficiente per via manuale, anche operando su piccole quantità, si è ritenuto opportuno stimare le diverse incidenze tramite il metodo della ispezione visiva bidimensionale. Tale metodo, riportato sul sito del Department of Transportation dello Stato del Minnesota [30] e consigliato dal Clean Washington Center [34], consente, tramite una semplice osservazione visiva del campione, di stimare le quantità di elementi inquinanti. Una volta disteso il materiale in un unico strato su di una superficie piana, si paragona il campione con delle immagini tarate in cui è riportata la percentuale di superficie occupata da particelle estranee. Da questo confronto si riesce a fornire una stima della presenza del materiale da classificare.
I risultati sono stati riassunti nella seguente Tabella n. 51 e nel successivo diagramma di Figura n. 51:
Vetro Ceramica Laterizio Inerti Organico Carta e Plastica Quantità Quantità Quantità Quantità Quantità Quantità Frazione [g] [%] [g] [%] [g] [%] [g] [%] [g] [%] [g] [%] > 5 mm* 153,8 86,6 18,6 10,4 1,5 0,8 2,7 1,5 0,9 0,5 2,1 1,2 2 mm - 5 mm 360,8 92,9 20,1 5,2 2,3 0,6 1,5 0,4 1,1 0,3 2,2 0,6 1 mm - 2 mm** 155,9 93,2 6,4 3,8 1,7 1,0 0,5 0,3 2,3 1,4 0,5 0,3 0,075 mm - 1 mm*** 209,1 96,0 6,1 2,8 1,8 0,8 0,4 0,2 0,2 0,1 0,2 0,1 Totale 879,6 92,3 51,2 5,4 7,3 0,8 5,1 0,5 4,5 0,5 5,5 0,5 * Sono stati trovati anche 0,4 g di materiale ferroso
** Valori determinati tramite analisi parziale di 5,8 grammi di materiale e ragguagliati al totale della frazione *** Valori determinati tramite analisi visiva
FIGURA N. 51 – Percentuali di impurità contenute nel campione di frantumato di vetro, suddivise per classi di/Di
Come si può notare, le percentuali di inquinanti rimangono sostanzialmente immutate al variare della classe granulometrica analizzata: fa eccezione il calo della quantità di ceramica, registrato in corrispondenza della diminuzione del sottosetaccio.
Raggruppando i dati ricavati per ciascuna frazione, si giunge alla seguente rappresentazione (Figura n. 52):
FIGURA N. 52 – Percentuali totali di impurità contenute nel campione di vetro frantumato
Sebbene la presenza di materiali estranei possa quantificarsi nel 7,7% in massa sul totale del campione, l’incidenza di materiali deperibili, ossia carta, organico e plastica, si attesta all’1%: quest’ultima quantità risulta senz’altro accettabile, ponendosi al di sotto della soglia del 2% più volte citata in letteratura (cfr. § 1.4.1.6).
Nella successiva Figura n. 53 sono riportate le foto delle varie impurità estratte dalla frazione > 5 mm.
FIGURA N. 53 – Foto del vetro e delle varie impurità estratte dalla frazione > 5 mm di frantumato di vetro: 1 vetro; 2 ceramica; 3 plastica; 4 carta e organico; 5 laterizi; 6 inerti
5.2.3 Determinazione della composizione granulometrica
L’analisi granulometrica è stata condotta seguendo le indicazioni della Norma UNI EN 933-1 (cfr. § Allegato 1), pervenendo ai seguenti risultati:
Setacci UNI [mm] Passante frantumato di vetro [%] Passante frazione 0/10 [%]
10 100 100 8 97 93 6,3 91 84 4 69 68 2 37 35 1 22 20 0,5 12 13 0,25 7 9 0,125 3 5 0,063 1,6 3,8
TABELLA N. 52 – Confronto tra la composizione granulometrica del frantumato di vetro e la frazione 0/10
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
Esaminando i dati della Tabella n. 52 e del successivo diagramma riportato in Figura n. 54 e confrontando la granulometria della frazione di frantumato di vetro con la frazione 0/10, si nota una netta sovrapponibilità. Questa circostanza ha permesso di sostituire la frazione di inerti naturali 0/10 con il vetro frantumato, senza variare l'incidenza sul totale delle diverse frazioni costituenti le miscele di progetto tipo "base", "binder" ed "usura", così come definite nel seguito (cfr. § 8.1, 9.1 e 10.1).
FIGURA N.54–Confronto tra la composizione granulometrica del frantumato di vetro e della frazione 0/10
La dimensione massima dell’inerte vetroso, che risulta interamente passante al setaccio da 10 mm e trattenuto per il solo 22,2% a quello da 5 mm e il passante al setaccio da 0,063 mm, inferiore al 2%, sono in accordo con le soglie che numerosi studi e ricerche internazionali (cfr. § 3.4.1.8) suggeriscono al riguardo (4,75 ÷ 9,5 mm e 6-7%).
5.2.4 Determinazione della forma dei granuli
Il valore del parametro FI è stato determinato, come descritto nella Norma UNI EN 933-3 (cfr. § Allegato 2), sulla frazione grossa del frantumato di vetro, ossia trattenuta al setaccio di apertura pari a 4 mm. A titolo di confronto, nella Tabella che segue sono riportati i risultati ricavati con analoga procedura sulla frazione 0/10 di inerte naturale:
Classi granulometriche di/Di FI (frantumato di vetro) [%] FI (frazione 0/10) [%]
10/12,5 - 6
8/10 80 8
6,3/8 58 8
5/6,3 44 7
4/5 32 10
Totale del campione 45 8
TABELLA N.53–Indice di appiattimento del campione di frantumato di vetro a confronto con quello della
È evidente una netta superiorità dei valori di FI concernenti l’aggregato vetroso, che diviene più cospicua per le particelle di dimensioni maggiori: ciò conferma la necessità di limitare l’apporto di queste ultime, come raccomandato dalla letteratura tecnica in materia (cfr. § 3.4.1.10).
5.2.5 Determinazione della percentuale di superficie frantumata
Le particelle di frantumato di vetro provengono dalla frantumazione di manufatti in vetro, principalmente contenitori come bottiglie e barattoli. Generalmente questi elementi sono costituiti da uno strato di vetro di spessore di qualche millimetro. Anche quando tali elementi vengono rotti, i frammenti che si producono mantengono una forma piatta con due superfici contrapposte molto lisce ed un contorno frastagliato. Il rapporto tra superficie frantumata e superficie liscia sarà tanto minore, quanto maggiore sarà il diametro equivalente delle particelle.
La prova di percentuale di superficie frantumata è stata eseguita secondo la Norma UNI EN 933-5 (cfr. § Allegato 3). I risultati della prova sono riportati nella seguente Tabella n. 54:
Classi granulometriche di/Di Ctc[%] Cc[%] Cr[%] Ctr[%]
8/10 1 5 94 0
6,3/8 7 35 68 0
5/6,3 24 31 45 0
4/5 55 24 21 0
Totale del campione 27 27 46 0
Totale del campione aggregato 54 46
TABELLA N.54–Percentuale di superficie frantumata del campione di frantumato di vetro
Come si può osservare, la percentuale di superficie frantumata aumenta nettamente al diminuire della dimensione delle particelle, mentre il valore complessivo si attesta al
54%, sufficiente a rispettare il limite del 50% per gli strati di base e binder, ma non per lo
strato di usura in cui è richiesto almeno il 70%. Tale limite potrebbe comunque essere raggiunto limitando a 5 mm la dimensione massima delle particelle, eliminando quindi la frazione superiore in cui è minore la percentuale di superficie frantumata, avendo le particelle una forma maggiormente schiacciata.
Qui di seguito si è voluto riportare una semplice analisi sulla variazione di percentuale di superficie frantumata al variare del diametro di una generica particella di vetro basata sull’adozione di un modello semplificato. In particolare si è considerato la particella di vetro avere forma quadrata o circolare (ai fini della presente analisi non fa differenza) rispettivamente di lato o diametro D e spessore h. In entrambi i casi, l’equazione che esprime il valore della percentuale di superficie frantumata è identica e vale:
100. D 5 5 C × + =
Così come avviene durante il processo di frantumazione, si sono considerate le due superfici superiore ed inferiore essere lisce, mentre la superficie laterale essere frantumata.
Nella seguente Tabella n. 55 sono stati riportati i valori della superficie liscia (superficie delle due basi Sb), della superficie frantumata (superficie laterale Sl), della superficie totale (St) e della percentuale di superficie frantumata (C) al variare del diametro D sia per particelle di forma quadrata che circolare. L’intervallo di variazione del diametro è stato limitato dal valore minimo di 1 mm al valore massimo di 20 mm con una progressione costante di 1 mm.
L’altezza h della particella di vetro è stata assunta pari a 2,5 mm essendo questo lo spessore medio dei comuni contenitori di vetro.
Particella di forma quadrata Particella di forma circolare
Sl [mm2] [mmSb 2] [mmSt 2] [%] C [mmSl 2 ] [mmSb2] [mmSt 2] [%] C D [mm] 10xD 2xD 2 2xDx(5+D) 5/(5+D)x 100 2,5xπxD πxD 2/2 πxDx (2,5+D/2) 5/(5+D)x 100 1 2 10 12 83,33 1,57 7,85 9,42 83,33 2 8 20 28 71,43 6,28 15,71 21,99 71,43 3 18 30 48 62,50 14,14 23,56 37,70 62,50 4 32 40 72 55,56 25,13 31,42 56,55 55,56 5 50 50 100 50,00 39,27 39,27 78,54 50,00 6 72 60 132 45,45 56,55 47,12 103,67 45,45 7 98 70 168 41,67 76,97 54,98 131,95 41,67 8 128 80 208 38,46 100,53 62,83 163,36 38,46 9 162 90 252 35,71 127,23 70,69 197,92 35,71 10 200 100 300 33,33 157,08 78,54 235,62 33,33 11 242 110 352 31,25 190,07 86,39 276,46 31,25 12 288 120 408 29,41 226,19 94,25 320,44 29,41 13 338 130 468 27,78 265,46 102,10 367,57 27,78 14 392 140 532 26,32 307,88 109,96 417,83 26,32 15 450 150 600 25,00 353,43 117,81 471,24 25,00 16 512 160 672 23,81 402,12 125,66 527,79 23,81 17 578 170 748 22,73 453,96 133,52 587,48 22,73 18 648 180 828 21,74 508,94 141,37 650,31 21,74 19 722 190 912 20,83 567,06 149,23 716,28 20,83 20 800 200 1000 20,00 628,32 157,08 785,40 20,00
TABELLA N.55–Percentuale di superficie frantumata per una generica particella di spessore medio h di
2,5 mm al variare del diametro D
Nel successivo grafico di Figura n. 55 è riportato l’andamento della percentuale di superficie frantumata al variare del diametro. Sono stati inseriti i valori minimi richiesti dal Capitolato ANAS 2008 alla percentuale di particelle con superficie frantumata (cfr. §
2.7.1, Tabella n. 11) pari rispettivamente al 50% per strati di base e binder e al 70% per strati di usura.
FIGURA N.55– Rappresentazione dell’andamento della percentuale di superficie frantumata al variare del
diametro D e dei limiti imposti dal Nuovo Capitolato ANAS
Come si può facilmente osservare il limite per uno strato di base o di binder viene superato per un diametro della particella di 5 mm, mentre per un’usura il valore è di circa 2 mm.
Tale analisi, anche se molto schematica, giunge agli stessi risultati riscontrati nella precedente prova e confermati dalla letteratura scientifica in materia, ovvero, di limitare il diametro delle particelle di vetro al di sotto dei 5 mm e di ridurne l’uso negli strati di usura.
5.2.6 Determinazione dell’equivalente in sabbia
Per valutare la qualità dei fini presenti nel frantumato di vetro è stata eseguita la prova di equivalente in sabbia seguendo la Norma UNI EN 933-8 (cfr. § Allegato 4).
La prova non ha fornito un risultato ben definito in quanto, anche se ripetuta più volte, non è mai stato possibile distinguere il classico segno di divisione nel liquido flocculante necessario per individuare l’altezza h1: il liquido stesso è rimasto uniformemente torbido,
assumendo una colorazione molto chiara.
Questo fenomeno può essere attribuito al fatto che il liquido flocculante, comunemente utilizzato in questa prova, non è adatto a mantenere in sospensione il fine presente all’interno del frantumato di vetro, costituito prevalentemente da microframmenti di vetro e plastica. Infatti, il liquido flocculante agisce in funzione della superficie specifica e della polarità dei microframmenti ed è tarato per evidenziare i fini derivanti da argille e limi, assai diversi da quelli descritti precedentemente.
5.2.7 Prova di schiacciamento
Uno dei problemi da affrontare nell’utilizzo del vetro riciclato è quello di definire la sua capacità di resistere all’azione di frantumazione dovuta alle sollecitazioni dinamiche dei veicoli.
Normalmente il test in uso oggi per verificare questa peculiarità è la prova Los Angeles. Questa consente di ottenere un indice indipendente dalla pezzatura, ma in funzione unicamente dell’origine lapidea del materiale. Tale prova tuttavia non si esegue sull’intera granulometria, ma solo sulla pezzatura compresa tra i 10 mm e i 14 mm. Il frantumato di vetro utilizzato in questa sperimentazione è interamente passante al setaccio dei 10 mm e quindi non utilizzabile per tale tipo di prova.
Se avessimo comunque avuto del frantumato di vetro di pezzatura idonea, non avremmo potuto estendere il valore a classi granulometriche inferiori in quanto la forma delle particelle di vetro, divenendo sempre più piatta ed allungata mano mano che aumentano le dimensioni, avrebbe falsato notevolmente i risultati.
Per poter compiere una Los Angeles significativa sarebbe stato necessario utilizzare un campione vetroso derivante dalla frantumazione di blocchi di dimensioni in cui nessuna delle tre dimensioni risulti nettamente inferiore alle altre, come invece si verifica nel caso di frantumazione di recipienti a pareti sottili quali sono ad esempio le bottiglie.
Per ovviare a questa problematica è stata eseguita una correlazione per punti tra coefficiente di frammentazione LA e coefficiente di frantumazione Cf, grazie al fatto che quest’ultimo utilizza una frazione granulometrica inferiore compatibile con quella delle particelle di vetro facenti parte del campione di prova.
Tale metodologia operativa si è basata su di uno studio sperimentale [41], svolto proprio all’interno del Laboratorio Sperimentale Stradale, annesso al Dipartimento di Ingegneria Civile, presso la Facoltà di Ingegneria di Pisa, che ha fornito una legge di correlazione tra il coefficiente di frammentazione Los Angeles LA ed il coefficiente di frantumazione Cf.
In Figura n. 56 è riportata in forma grafica la legge che lega le due grandezze, interpolazione dei valori ottenuti sottoponendo alle due prove trenta diverse tipologie di inerti per costruzioni stradali provenienti da diverse cave della Toscana.
FIGURA N.56 – Relazione tra i valori LA e Cf [41]
Gli aggregati usati sono stati; basalto, gabbro e vetro. Sul basalto e sul gabbro sono state eseguite entrambe le prove (cfr. § 4.1.6) mentre sul vetro solo quella di schiacciamento.
Come già accennato in precedenza (cfr. § 4.1.6), la prova di schiacciamento è stata condotta, in accordo con la Norma CNR 4/53 (cfr. § Allegato 6), sul materiale passante al vaglio di apertura 3/8” (9,52 mm) e trattenuto al setaccio 4 della serie Tyler (4,7 mm).
La procedura seguita, concepita per una pezzatura relativamente fine dell’inerte e necessitante di quantità ridotte di materiale, ben si è prestata all’esecuzione sul frantumato di vetro, per il quale si è ottenuto:
Cf = 203 (Categoria VI),
valore molto più elevato rispetto a quelli degli inerti naturali trovati in precedenza e doppio del valore limite riportato per lo strato di usura nel Capitolato ANAS 2004 (cfr. § 2.7).
La Tabella n. 56 riassume i valori già determinati per le tre differenti tipologie di materiale, mentre in Figura n. 57 è stato inserito il grafico utilizzato per stimare il valore del coefficiente Los Angeles.
Anche se l’interpolazione lineare non è molto affidabile in questo caso, poiché manca un adeguato numero di punti sperimentali che la supporti, un valore stimabile del coefficiente Los Angeles per il frantumato di vetro potrebbe essere compreso tra 30 e 31.
Tipologia inerte Cf LA
Frazione 4/14 (Basalto) 93 (Categoria I) 17
Frazione 0/10 (Gabbro) 141 (Categoria IV) 23
Frantumato di vetro 203 (Categoria VI) ~31* * Valore stimato
FIGURA N.57 – Previsione del valore del coefficiente Los Angeles per il frantumato di vetro
5.2.8 Determinazione della massa volumica dei granuli e dell’assorbimento d’acqua
La massa volumica, definita come il “rapporto tra la massa del campione di aggregato essiccato ed il suo volume occupato in acqua, compreso ogni vuoto interno non accessibile ma esclusi i pori accessibili all’acqua”, è stata determinata sulla base della Norma UNI EN 1097-6 (cfr. § Allegato 7):
γa = 2,54 Mg/m
3
.
Il valore ottenuto, molto influenzato dalla tipologia e dalla quantità di impurezze presenti, risulta in linea con i dati ricavati in letteratura (cfr. § 3.4.1.1), che variano da un minimo di 2,50 Mg/m3 ad un massimo di 2,54 Mg/m3.
Il valore della massa volumica del vetro è risultato circa il 5% inferiore rispetto a quello della frazione 0/10, che come affermato in precedenza (cfr. § 5.2.3), sarà oggetto della sostituzione con il frantumato di vetro. Questa differenza nella massa volumica ha reso necessario, al fine di non alterare le curve granulometriche delle miscele e quindi tutte le proprietà che ne discendono, effettuare un’analisi preliminare per stabilire il rapporto di sostituzione tra le due frazioni. Andando ad eseguire il calcolo si perviene al seguente risultato: 100 grammi della frazione 0/10 devono essere sostituiti con 94,8 grammi di frantumato di vetro se si desidera lasciare inalterato il volume complessivo della miscela.
L’assorbimento d’acqua per il frantumato di vetro è stato misurato sempre tramite la Norma UNI EN 1097-6 ed il valore ottenuto è stato:
WA24 = 0,06%.
Tale valore molto basso è una riprova del fatto che il vetro non assorbe acqua (cfr. § 3.4.1.2). La poca acqua presente è stata probabilmente assorbita dai materiali estranei
come la ceramica, i laterizi, gli inerti e la parte organica, presenti all’interno della frazione analizzata.
5.2.9 Affinità tra aggregato e bitume
Tra le prove che si possono condurre sui singoli elementi lapidei rivestiti di bitume, per valutarne le caratteristiche di affinità, si può includere quella condotta secondo la Norma UNI EN 12697-11 (cfr. § Allegato 8).
Un campione della massa complessiva di 150 g viene collocato all’interno di un apposito contenitore riempito di acqua distillata a 5 °C, che successivamente viene posizionato su un apparecchio che lo sottopone a rotazione.
Il contenitore, ruotando, provoca un effetto distaccante della pellicola di bitume che ricopre i grani, sia per effetto dell’attrito sulla superficie interna, sia per il reciproco urto degli inerti, favorito da un’apposita bacchetta inclinata fissata all’interno.
L’esito della prova è fornito da un giudizio visivo che due operatori devono esprimere sulla percentuale di superficie rimasta ancora coperta da bitume.
In proposito si sottolinea che la natura trasparente del vetro ha permesso delle determinazioni molto precise in presenza di un fascio luminoso che attraversi il granulo, laddove inerti lapidei opachi ed aventi una colorazione simile al legante potrebbero ingannare gli sperimentatori.
La prova è stata eseguita separatamente sugli aggregati naturali e vetrosi.
In seguito, si è voluto testare l’effetto della calce e del filler in uso presso l’impianto della Ditta Granchi come attivanti di adesione ed infine quello di un filler di bassa qualità, aggiungendone una quantità di ciascuno pari al 2% riferita alla massa complessiva del vetro. I risultati ottenuti sono stati riportati nel seguente grafico, dove in ascissa è inserito il tempo in ore ed in ordinata la percentuale di superficie dei grani ricoperta da bitume.
Come si può osservare in Tabella n. 57 ed in Figura n. 58, la differenza fra inerte naturale (curva blu) e vetro (curva verde) è stata assai marcata, poiché, dopo 24 ore di rotolamento, il valore della superficie ricoperta si è arresta al 72% nel primo caso, mentre è scesa al 37% nel secondo.
Percentuale di superficie ricoperta da bitume Tempo
[h] Inerti naturali Vetro Vetro con calce Vetro con filler Granchi Vetro con filler generico
0 100 100 100 100 100
6 87 68 97 90 97
12 80 48 93 75 93
24 72 37 92 40 85
FIGURA N.58 – Risultati della prova di affinità tra aggregato e bitume eseguita secondo le specifiche della Norma UNI EN 12697-11
Come era previsto, alla luce delle numerose esperienze in merito (cfr. § 3.4.1.16), il legame tra bitume e vetro è risultato assai più debole di quello tra bitume e comune materiale litico: per superare questo limite, si è esaminato l’utilizzo della calce idrata come attivante di adesione, constatando così l’attestarsi del parametro d’indagine sopra la soglia del 90%, con un miglioramento di 53 punti percentuali.
Per completare il quadro conoscitivo, si sono valutati gli effetti prodotti da due diversi filler, l’uno fornito dalla Ditta Granchi S.r.L. (indicato nel seguito come “filler Granchi”), l’altro (“filler generico”) di diversa provenienza e scarsa qualità.
Dal diagramma si evince che l’andamento per la calce ed il filler Granchi, può dirsi iperbolico, con una diminuzione del gradiente di distacco di bitume al trascorrere del tempo e valori finali rispettivamente pari al 92% ed all’85%, mentre nel caso del filler
generico si può ravvisare una sostanziale linearità, che conduce ad un valore finale del
40% (pressoché coincidente con quello relativo al caso di solo vetro). La qualità
dell’additivo rappresenta quindi un fattore essenziale ai fini dell’ottenimento di una buona adesione, aumentando sia il legame chimico con la superficie dei granuli che la rigidezza del bitume e quindi il grado di incastro complessivo.
A supporto delle evidenze sperimentali di cui sopra, si riportano le foto (Figure n. 59, 60, 61, 62, 63) scattate ai diversi campioni sottoposti a prova di adesione dopo 24 ore di test.
FIGURA N.59 – Gli aggregati naturali (curva blu) al termine della prova di affinità tra aggregato e bitume
FIGURA N.60 – Il frantumato di vetro (curva verde) al termine della prova di affinità tra aggregato e
bitume
FIGURA N.61 – Il frantumato di vetro con calce idrata (curva celeste) al termine della prova di affinità tra
FIGURA N.62 – Il frantumato di vetro con filler di bassa qualità (curva arancione) al termine della prova di affinità tra aggregato e bitume
FIGURA N.63 – Il frantumato di vetro con filler Granchi (curva fucsia) al termine della prova di affinità tra aggregato e bitume
