3.1CENNI STORICI
Le prime notizie di esperienze riguardanti la possibilità di sostituire parte degli aggregati naturali con vetro frantumato, residuo dei processi di riciclaggio, risalgono agli ultimi anni ’60 e i primi anni ’70. In quel periodo furono allestite 33 postazioni sperimentali di controllo tra gli Stati Uniti e in Canada con lo scopo di esaminare il fenomeno dello spogliamento delle particelle vetrose del ricoprimento di bitume. Le miscele in molti di questi primi tentativi contenevano dal 54% al 68,5% di vetro frantumato totalmente passante al setaccio da 12,5 mm. Furono testate varie combinazioni di sabbie e granuli lapidei naturali con aggiunta di calce idrata in percentuale variabile dall’1% al 4%.
Nel 1969 a Owens in Illinois fu per la prima volta utilizzato il termine “glasphalt” o “glass-asphalt” per indicare proprio la miscela di vetro e bitume usata durante la realizzazione di una delle postazioni sperimentali.
Successivamente, dalla metà degli anni ’70 fino alla metà degli anni ’80, la città di Baltimora fece uso di vetro riciclato nel suo programma di pavimentazione delle strade urbane. Furono realizzate almeno 17 diverse strade con pavimentazioni bituminose contenenti vetro, che generarono un effetto di “scintillio”, conseguente alla retroriflessione della luce solare o dei lampioni sui granelli di vetro contenuti nello strato di usura della pavimentazione.
Nella metà degli anni ’80 furono realizzate numerose ricerche in Long Island ed in seguito fu attuato un programma che permise di utilizzare circa 14.000 tonnellate di vetro riciclato come inerte per pavimentazioni stradali.
Più recentemente, sono stati realizzati in tutti gli Stati Uniti numerosi progetti stradali che prevedevano l’impiego di porzioni di vetro. Tra questi il più importante e completo è stato realizzato dal Dipartimento dei Trasporti della Città di New York, dove tra il 1990 ed il 1995 sono state impiegate almeno 250.000 tonnellate di vetro in opere di ripristino di pavimentazioni esistenti.
Tutte queste esperienze, anche se di tipo prettamente empirico e mai dettagliate e mirate all’identificazione razionale delle caratteristiche prestazionali delle miscele di conglomerato bituminoso con vetro, hanno comunque fatto emergere alcune problematiche che devono essere attentamente valutate in fase di mix design per una corretta scelta delle caratteristiche del frantumato vetroso in funzione dello strato della pavimentazione che si desidera realizzare.
Le questioni connesse all’utilizzo del glasphalt venute alla luce nel corso di questi primi impieghi sono state:
frantumazione ulteriore dei grani di vetro durante le fasi di lavorazione e durante l’esercizio;
fenomeni di abbagliamento causato dalla retroriflessione della luce, naturale o artificiale;
diminuzione dell’aderenza tra il battistrada e la superficie della pavimentazione stradale.
In seguito alle osservazioni effettuate su questi primi impieghi, molti Stati sia del Nord America che nel resto del mondo hanno introdotto delle limitazioni all’impiego di vetro e alcune indicazioni su come minimizzare le problematiche riscontrate.
3.2ESPERIENZE E RESOCONTI SULL’IMPIEGO DI ROTTAMI DI VETRO ALL’INTERNO DI PAVIMENTAZIONI STRADALI
Qui di seguito vengono riportate in forma riassuntiva tutte le informazioni rintracciate sul web o su riviste specializzate prodotte da Enti e Dipartimenti sull’impiego di vetro riciclato all’interno di pavimentazioni stradali legate di tipo flessibile con le relative problematiche riscontrate e le prescrizioni fornite per l’uso.
3.2.1 Connecticut
Nel giugno del 1989, il Dipartimento dei Trasporti del Connecticut (CONNDOT) ha pubblicato i risultati di uno studio di fattibilità sull’impiego di vetro riciclato in pavimentazioni stradali [22, 23, 24]. Questo rapporto raccoglieva informazioni disponibili nella letteratura tecnica ed una valutazione delle attività delle agenzie statali autostradali a quella data. Le conclusioni, le raccomandazioni e i commenti finali sulla possibilità di utilizzare il vetro riciclato sono riportate qui di seguito:
- al giorno di pubblicazione dell’articolo (Giugno 1989) non esistevano applicazioni pratiche di glasphalt all’interno di strade ad alta capacità. La maggior parte del vetro è stato impiegato su strade urbane, secondarie e parcheggi;
- i potenziali problemi che, con il glasphalt, devono essere tenuti di conto, sono: perdita di adesione tra bitume e vetro, mantenimento di un adeguato livello di resistenza allo scivolamento, rottura del vetro e successiva ulteriore frammentazione sotto il passaggio delle ruote. Il vetro frantumato sulla pavimentazione delle strade nelle aree residenziali non è benevolmente accettato dai cittadini a causa dei possibili danni arrecabili ai pedoni, agli animali e ai ciclisti;
- nel passato non sono state eseguite verifiche a lungo termine sulla resistenza allo scivolamento;
- il glasphalt tende a sfrangiarsi quando usato nello strato superficiale in aree con passaggio di veicoli pesanti;
- il luccichio prodotto dalla presenza del vetro produce un aumento di valore estetico; - il reimpiego per il confezionamento dei conglomerati bituminosi è un gesto simbolico
di riciclaggio e può diminuire il ricorso alle discariche;
- la perdita di adesione tra bitume e vetro può essere ridotta tramite l’impiego di calce idrata;
- il costo di impiego del glasphalt può essere probabilmente superiore al costo dei materiali tradizionali;
- utilizzare il vetro unicamente nello strato di base così da evitare i problemi in superficie;
- utilizzare particelle di vetro con diametro massimo di 9,5 mm;
- utilizzare il vetro nella quantità massima del 25% e comunque prevedere la realizzazione di prove di laboratorio per verificare le caratteristiche prestazionali.
3.2.2 Virginia
In Virginia è stato eseguito uno studio basato su valutazioni di laboratorio e analisi economiche sul glasphalt [24, 25]. Sono stati impiegati due contenuti di vetro al 5% e al 15% su di una miscela di conglomerato bituminoso per lo strato di usura con diametro nominale di 9,5 mm. La granulometria della miscela usata per la sperimentazione e quella del vetro riciclato sono riportate in Tabella n. 12.
Granulometria della miscela base S-5 senza vetro e della frazione vetrosa
Setacci Passante S-5 [%] Passante frazione vetrosa [%]
12,5 mm 100 100 9,5 mm 95 98 4,75 mm 58 70 2,36 mm 39 32 1,18 mm 29 19 600 μm 19 10 300 μm 10 6 150 μm 6 4 75 μm 4,7 2,9
TABELLA N. 12 – Granulometria della miscela impiegata per la sperimentazione e della frazione vetrosa [24]
Le conclusioni ottenute dalla sperimentazione sono state:
- l’uso di vetro ha diminuito i vuoti nell’aggregato minerale (VMA) e i vuoti nella miscela (VTM) nei provini Marshall, così che il contenuto ottimo di bitume deve essere ridotto; - sia il modulo resiliente che la tensione indiretta non sono stati affetti da cali di
- benché sia il valore della resistenza a trazione indiretta a seguito dell’imbibizione che l’indice di tensione resistente indiretta residua ITSR (cfr. § Allegato 17) non siano stati influenzati dalla presenza del vetro, sono state osservate alcune separazioni tra le interfacce di vetro e bitume;
- la massima percentuale di vetro consentita nei conglomerati bituminosi deve essere fissata nel 15%, totalmente passante al setaccio di 9,5 mm e con un massimo del 6% di passante al setaccio dei 75 μm;
- si prevede un piccolo incentivo monetario nell’uso di vetro riciclato per abbattere i maggiori costi di produzione del conglomerato bituminoso;
- prima di consentire un uso intensivo di vetro riciclato dovrebbe essere realizzata una sezione sperimentale.
3.2.3 New York
Il Dipartimento dei Trasporti dello Stato di New York (NYDOT) nel 1991 ha adottato un provvedimento speciale per modificare le proprie normative così da permettere, a scelta della ditta appaltante, l’impiego fino ad un massimo del 5% di vetro riciclato come aggregato per miscele stradali. Inoltre è stato imposto che il contenuto massimo di inquinanti non risultasse superiore all’1% in peso e che la granulometria del vetro rientrasse all’interno del seguente fuso riportato in Tabella n. 13:
Granulometria della frazione vetrosa
Setacci Passante [%]
9,5 mm 100
6,3 mm 90-100
75 μm 0-20
TABELLA N. 13 – Fuso di riferimento per la frazione vetrosa [24]
Il Dipartimento NYDOT ha limitato l’impiego del glasphalt allo strato di base, allo strato di binder, a strati di livellamento e alle superfici di banchine o aree di sosta, vietandolo categoricamente su strade ad alto traffico. A settembre del 1992 solo due pavimentazioni erano state realizzate ricorrendo a questo materiale e non erano stati redatti ancora rapporti sulle prestazioni; un’osservazione visiva non aveva comunque evidenziato l’insorgenza di particolari problematiche. [24].
3.2.4 New York City
Il Dipartimento dei Trasporti della Città di New York (NYCDOT) sta facendo un uso intensivo di pavimentazioni stradali realizzate con materiali riciclati, come il RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) ed il vetro riciclato [24, 26, 27]. L’ammontare di vetro
consentito nelle miscele stradali varia tra lo 0% ed il 20% degli aggregati. Da quando è stato permesso l’uso di vetro è stato apprezzato un considerevole risparmio sui costi di realizzazione di nuove pavimentazioni stradali. Altre città dello Stato di New York hanno installato sezioni sperimentali. Generalmente non sono stati riscontrati problemi nelle pavimentazioni stradali contenenti vetro e le prestazioni sono sempre sembrate soddisfacenti.
La granulometria del vetro frantumato che è stata usata nella città di New York era la seguente (Tabella n. 14):
Granulometria del rottame di vetro di scarto frantumato
Setacci Passante [%] 9,5 mm 100 6,3 mm 85 3,2 mm 53,2 850 μm 17,1 425 μm 8,8 180 μm 3,6 75 μm 1,2
TABELLA N. 14 – Granulometria del vetro impiegato nella città di New York [24]
Non sono state realizzate prove di resistenza allo scivolamento secondo la normativa di riferimento ASTM E 274 (valore di scivolamento) comunque sono riportati i risultati del British pendulum tester (BPN) su di alcune sezioni collocate nell’area della città di New York, inseriti qui di seguito [24]:
1. New York City glasphalt test sections: E. 19th St. & Ave. V: Avg. BPN = 60, 61, 60; E. 19th St. & Ave. V: Avg. BPN = 67, 64; E. 19th St. & Ave. V: Avg. BPN = 56, 58; E. 19th St. & Ave. V: Avg. BPN = 62, 61; 2. Control test section (regular 6F mix): E. 19th St. & Ave. W Avg. BPN = 64, 66, 61.
Benché non ci fossero valori di riferimento negli standard U.S., i seguenti limiti di BPN sono generalmente raccomandati per pavimentazioni bagnate:
BPN > 65: “buono” per strade ad elevato traffico; BPN > 55: “generalmente soddisfacente”; BPN > 45: “discreto”;
BPN < 45: “possibilità di scivolamento”.
Secondo questo criterio, le pavimentazioni della città di New York in cui è stato inserito del rifiuto di vetro sono state considerate generalmente soddisfacenti.
3.2.5 New Jersey
Il Dipartimento dei Trasporti del New Jersey (NJDOT) ha permesso l’uso opzionale di vetro riciclato nelle miscele stradali fino ad un massimo del 10% del totale degli aggregati. Sono state permesse due pezzature differenti, una con diametro massimo di 19 mm e l’altra con diametro massimo di 9,5 mm. In caso di utilizzo della pezzatura di dimensioni maggiori si è reso obbligatorio l’uso di un agente antispogliamento. Sono stati predisposti anche dei limiti alla presenza di corpi estranei come carta al 2,5%, metallo al 3%, plastica allo 0,3% e altre allo 0,5%.
Il NJDOT ha adottato nel Giugno del 1992 un programma di incentivi per cui le ditte appaltatrici sono pagate 1$ extra per ogni tonnellata di conglomerato bituminoso contenente dal 5% al 10% di vetro riciclato. Al settembre del 1992 erano in corso diverse procedure di appalto ma nessuna strada era già stata realizzata con questa opzione [24].
3.2.6 Pennsylvania
Il Dipartimento dei Trasporti della Pennsylvania ha permesso l’uso di vetro riciclato nei terrapieni. La maggior parte del vetro è stato impiegato così come proveniva dal centro di raccolta. Il vetro è stato inoltre utilizzato in maniera sperimentale all’interno di trincee drenanti. Altri usi nel campo stradale sono stati di tipo sperimentale con una percentuale massima del 10% di vetro riciclato. In questo caso è stato richiesto che la combinazione di inerti naturali e vetro non alterasse la granulometria originaria [24].
3.2.7 Maryland
Fin dagli anni ‘70 nella città di Baltimora sono state effettuate varie sperimentazioni che continuano tutt’ora, con impiego di vetro riciclato nelle percentuali comprese tra il 30% ed il 40% con pezzature fino a 19 mm. L’uso nella città di Baltimora è stato limitato a strade di quartiere o a bassa velocità e non si sono registrati incidenti attribuibili all’inserimento di vetro tra gli aggregati. È riportato che alcune applicazioni hanno fatto registrare una diminuzione della resistenza allo scivolamento ma non è stato possibile rintracciare alcuna relazione o dato su questa sperimentazione.
Si è inoltre potuto rintracciare che nel Settembre del 1992, l’amministrazione autostradale dello stato del Maryland, era sul punto di adottare una specifica che rendesse possibile l’uso facoltativo di vetro riciclato nello strato di base. Non erano inseriti limiti superiori alla percentuale massima di vetro utilizzabile, ma si doveva dimostrare tramite prove di laboratorio che il rapporto di resistenza a trazione indiretta (TSR) fosse maggiore o uguale all’85% [27].
3.2.8 Distretto della Columbia
Il Dipartimento per i Lavori Pubblici dello Stato della Columbia ha installo tra gli ultimi anni ’70 e i primi anni ’80 una sezione sperimentale di glasphalt. Le prestazioni sono state buone ma non ci sono stati ulteriori sviluppi e non è stato possibile rintracciare alcun dato a supporto [24].
3.2.9 Indiana
Nel Maggio del 1991 è stato pubblicato un articolo su di una ricerca svolta sulle pavimentazioni stradali condotta dal Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Purdue [24, 28]. Lo studio sintetizzava informazioni ottenute da numerose sperimentazioni riguardanti l’uso di vari materiali riciclati tra cui anche il vetro. Il possibile uso di vetro e i problemi potenziali ad esso associati sono stati discussi e riassunti dall’autore dell’articolo come segue:
- prevedere l’uso di agenti antispogliamento come ad esempio calce idrata;
- il limite superiore di vetro impiegabile nelle miscele di conglomerato bituminoso è stato stimato nel 15%;
- il valore di bitume ottimo deve essere valutato casa per caso;
- le pavimentazioni di conglomerato bituminoso contenenti vetro riciclato possono essere antieconomiche con un aumento dei costi dal 10% fino al 20% rispetto a quelle realizzate con soli inerti naturali.
È probabile che il vetro proveniente da impianti di riciclaggio e quindi non selezionato, utilizzato per le costruzioni stradali, possa essere contaminato con materiali estranei tipo: materiali resistenti (ceramica, terracotta, specchi, etc.), materiali degradabili (legno, metallo, carta, etc.) o materiali pericolosi (vetro contaminato da sostanze chimiche, piccole batterie, etc.). Può essere accettato se sono presenti unicamente materiali durevoli, mentre nel caso in cui fossero presenti le altre due tipologie di materiale, in base al livello di contaminazione, potrebbe essere richiesta una seconda vagliatura o addirittura la messa in discarica.
3.2.10 Washington
Il Dipartimento dei Trasporti di Washington (WSDOT) ha realizzato uno studio sull’uso di materiali provenienti da impianti di riciclo nelle costruzioni stradali [29]. Questo ha incluso una rivisitazione di tutte le informazioni sull’uso del vetro riciclato. Le discussioni e le conclusioni degli autori dell’articolo sono state le seguenti:
- per ridurre il problema di rottura dei grani associato al vetro, il suo uso dovrebbe essere limitato ad un 15% del volume complessivo degli aggregati, utilizzando
unicamente vetro frantumato finemente, passante al setaccio da 9,5 mm. Ciò garantisce una minore tendenza alla frantumazione rispetto a quella di particelle aventi un diametro equivalente superiore, a tutto vantaggio delle caratteristiche di durabilità che si richiedono ai materiali impiegati nel campo delle costruzioni stradali; - per minimizzare i problemi di spogliamento (perdita di adesione del bitume
all’aggregato), si raccomanda l’uso di agenti antispogliamento, in particolare l’uso di calce idrata durante la produzione del glasphalt. La calce idrata, ad oggi (1992), è l’agente antispogliamento che ha avuto più successo nell’industria stradale;
- il WSDOT si è accertato, tramite i responsabili dell’industria del recupero del vetro, che le contaminazioni presenti non risultino un problema nello stato di Washington. I limiti granulometrici imposti, come il diametro massimo di 9,5 mm già menzionato precedentemente e non più del 7% di passante al setaccio dei 75 μm, dovrebbero assicurare che il vetro proveniente da impianti per il riciclo sia ragionevolmente libero da inquinanti;
- l’utilizzo di glasphalt in strade ad elevata capacità o velocità è da evitare e quindi il suo uso deve essere limitato agli strati di usura o sottostanti per strade a basso traffico.
3.2.11 Minnesota
In questo articolo [30] sono state raccomandate le migliori alternative nel comparto delle costruzioni stradali per ridurre il formarsi di buche. Sono stati presi in considerazione tre possibili materiali tra cui il glasphalt.
Si è affermato che:
- il glasphalt mantiene la propria temperatura per un tempo più lungo rispetto ad un normale conglomerato bituminoso;
- il vetro, essendo impermeabile, consente alle strade di asciugarsi più velocemente; - il vetro, essendo un materiale altamente riflettente, può aumentare la visibilità notturna
in favore della sicurezza degli utenti;
- il vetro deve essere frantumato in particelle di 4,75 mm o inferiore così da limitare la possibilità di ulteriori frantumazioni e provocare lesioni alle persone;
- il glasphalt può essere impiegato nelle costruzioni stradali con le normali tecniche ed attrezzature.
3.2.12 Texas
Il TXDOT, Dipartimento dei Trasporti del Texas, in un recente studio del 2002 [31], ha fornito delle specifiche sull’impiego del vetro riciclato per opere ingegneristiche, come riempimenti, muri di ritenuta, filtri drenati e anche basi legate.
Si può leggere che il programma per la raccolta differenziata del vetro ha avuto un forte successo negli ultimi anni producendo grandi quantità di vetro frantumato in più parti dello Stato. Il vetro riciclato è stato utilizzato principalmente nell’industria del vetro per la produzione di nuovi contenitori. Questo ha permesso di ridurre notevolmente l’energia e i costi di produzione ma con dei limiti all’impiego dovuti alla presenza di vetro colorato e secondariamente ai costi di trasporto.
L’utilizzo di vetro riciclato nella realizzazione di strade ha fornito un ulteriore impiego per questo materiale soprattutto nelle zone dello Stato in cui erano scarse le risorse di inerti naturali.
Per l’impiego di vetro riciclato all’interno delle pavimentazioni stradali sono state fornite le seguenti indicazioni:
- è possibile utilizzare il vetro riciclato unicamente all’interno dello strato di base con percentuale non superiore al 20%;
- la curva granulometrica del vetro deve essere compresa all’interno del seguente fuso (Tabella n. 15):
Granulometria del rottame di vetro di scarto frantumato
Setacci Passante [%] 16 mm 100 9,5 mm 90-100 4,75 mm 50-70 2 mm 25-50 425 μm 10-20 75 μm 0-10
TABELLA N.15–Fuso granulometrico di riferimento per la pezzatura del vetro [31]
- è ammessa una certa percentuale di rifiuti all’interno del vetro, come carta, tappi di plastica, tappi di metallo e tappi di sughero in valore non superiore al 5%;
- nell’utilizzo del vetro devono essere prese delle apposite precauzioni per garantire la salvaguardia del personale addetto alla lavorazione;
- il vetro deve essere adeguatamente mescolato con apposito materiale da costruzione per lo strato di base prima della stesa.
3.2.13 Danimarca
In Danimarca [32] ogni anno 15.000 tonnellate di vetro principalmente di tipo colorato non possono essere riutilizzate per produrre nuovi contenitori per alimenti. È stato quindi cercato di riutilizzarlo come inerte nel conglomerato bituminoso per uso stradale. Si è affermato che:
- se il vetro è frantumato al di sotto dei 5-10 mm non si hanno rischi di tagliarsi e le particelle non risultano piatte ed allungate;
- in percentuali inferiori al 20% il vetro può essere normalmente utilizzato senza alcun cambiamento delle proprietà tecniche rispetto all’uso del 100% di materiale naturale; - le curve granulometriche del vetro impiegato in Danimarca sono state rappresentate in
Figura n. 12.
FIGURA N. 12 – Curve granulometriche della frazione vetrosa utilizzate in Danimarca [32]
3.2.14 UK
Per la costruzione e la manutenzione di strade nel Regno Unito [33] si consumano ogni anno grandi quantità di aggregati naturali estratti da cave. L'uso di materiali secondari (riciclati), invece di primari (vergini), aiuta la riduzione della domanda estrattiva e contemporaneamente l’alleggerimento della pressione sulle discariche. Tuttavia, le preoccupazioni sulla diminuzione delle prestazioni del manto stradale e il possibile insorgere di costi supplementari, hanno ostacolato l'utilizzo diffuso di aggregati secondari in tali applicazioni. Questo è stato in particolare il caso delle superfici stradali che potrebbero rappresentare una forte domanda per i rifiuti solidi urbani. Rifiuti di vetro, scorie di acciaierie, pneumatici e materie plastiche sono stati selezionati per questo studio, che ha passato in rassegna le norme e la letteratura tecnica, oltre a studiare le prestazioni di tali materiali una volta utilizzati nelle miscele di conglomerato bituminoso.
La sezione dell’articolo che riguarda il possibile impiego di vetro è l’unica che interessa questa ricerca e quindi ci si è soffermati solo su questa.
Il vetro può essere riciclato all'infinito, senza perdita di qualità del prodotto. Il vetro riciclato, se riutilizzato per produrre nuovamente contenitori per alimenti può permettere di risparmiare grandi quantità di materie prime e di energia. Utilizzare il vetro riciclato come aggregato potrebbe non permettere di risparmiare energia o risorse minerali, così
bianco e vetro colorato e gli scarti derivanti possono incoraggiare la ricerca di mercati alternativi per i rifiuti di vetro in applicazioni come aggregati.
Sono state osservate prestazioni soddisfacenti da parte di miscele di conglomerato bituminoso contenenti fino al 10-15% di vetro frantumato. La dimensione massima comunemente accettata per tale applicazione, in considerazione di una serie di proprietà ingegneristiche e problemi di sicurezza come taglio della pelle e foratura di pneumatici è stata fissata a 4,75 mm. Come agente antispogliamento, è stato aggiunto il 2% di calce idrata. Conglomerati bituminosi contenenti vetro di dimensioni maggiori sono stati segnalati come causa di un certo numero di problemi come insufficiente attrito e riduzione delle forze di collegamento intergranulari, e sono stati quindi considerati più adatti per un uso in strati inferiori. Nella pratica realizzativa, per il conglomerato bituminoso contenente vetro riciclato, possono essere utilizzate le stesse attrezzature di produzione e il metodo convenzionale di progettazione delle pavimentazioni legate flessibili.
Si afferma che nel 2002 è stato utilizzato del conglomerato bituminoso a caldo (HMA) contenente il 10% di sabbia di vetro riciclata in un progetto pilota di ripavimentazione da parte della Tarmac Situsec. Tale applicazione è stata considerata essere economicamente a “costo neutro”.
3.2.15 CWC
All’interno del sito del Clean Washington Center (CWC) è stato rintracciato un articolo [34] che ha fornito indicazioni sulla preparazione e messa in opera del Glasphalt.
Il glasphalt è considerato praticamente identico al conglomerato bituminoso caldo convenzionale, ad eccezione del fatto che una certa percentuale di aggregati naturali è sostituito con vetro frantumato. Il vetro deve essere pulito, frantumato e combinato con l’aggregato naturale, gli additivi e il bitume, secondo le proporzioni specificate. Il glasphalt viene successivamente steso e compattato.
Questa procedura descrive brevemente i protocolli per la preparazione e la stesa del glasphalt in maniera tale da soddisfare i requisiti per una strada a medio traffico.
Il vetro deve contenere meno del 2% in peso di metallo, plastica, o altri detriti di varia natura come ad esempio carta e residui alimentari. Studi precedenti hanno rilevato che il 2% di detriti in peso è pari a circa il 10-15% di detriti misurati tramite il metodo di ispezione visiva bidimensionale. Questo metodo di controllo è relativamente facile da eseguire in sito e dovrebbe essere preso in considerazione per le applicazioni del glasphalt.
La granulometria del vetro deve essere determinata in maniera tale che la miscela di conglomerato bituminoso impiegata risulti accettabile. Per lo strato superficiale è
Particelle più grandi di 9,5 mm hanno la tendenza ad allinearsi parallelamente alla superficie stradale durante la stesa, causando una diminuzione dell’aderenza, e possono inoltre staccarsi più facilmente dalla superficie stessa. Se il glasphalt è destinato ad una base, possono essere impiegate particelle anche più grandi di 9,5 mm. All’interno del vetro con particelle di dimensioni maggiori di 9,5 mm è probabile riscontrare interi tappi di bottiglia che possono diventare un rischio per la sicurezza. Pezzi di vetro più grandi sono anche più difficili da separare dai contaminanti.
Una volta ridotto alle dimensioni desiderate, l’aggregato di vetro può essere miscelato con gli inerti naturali per ottenere una miscela uniforme di vetro/aggregati naturali prima di effettuare la miscelazione con gli altri componenti del conglomerato. Miscele contenenti il 20% o meno di vetro sono raccomandate al fine di soddisfare le proprietà Marshall per strade a basso traffico. Queste proprietà comprendono la stabilità, lo scorrimento, il contenuto dei vuoti (VTM) e la percentuale dei vuoti nell’aggregato minerale (VMA).
Tutte le tipologie di pavimentazioni possono perdere, sotto condizioni avverse, l’efficienza dei legami tra le particelle che le compongono: ciò può verificarsi in particolare a seguito dell’esposizione all’acqua. Indebolendosi i legami di unione può presentarsi il rischio che particelle di aggregato si stacchino dalla superficie, aumentando la possibilità di un danno prematuro alla pavimentazione. Le superfici di vetro molto lisce risultano avere un più elevato potenziale di spogliamento rispetto agli aggregati naturali. Questo è particolarmente vero quando i frammenti di vetro sono più grandi di 9,5 mm in termini di dimensioni. L'esperienza suggerisce che lo spogliamento non è generalmente un problema quando le particelle sono di dimensioni inferiori ai 9,5 mm, o quando il vetro contenuto è inferiore al 10% in peso degli inerti. Tuttavia, un agente antispogliamento dovrebbe essere usato comunque, in particolare nel caso in cui il glasphalt sia impiegato nello strato di superficie. Calce idrata e idrossido di calcio sono risultati buoni agenti anti-spogliamento quando sono aggiunti alla miscela nella quantità dell'1% in peso. L’aggregato, il vetro e l’agente antispogliamento dovrebbero essere miscelati in modo che il vetro e l’agente siano uniformemente distribuiti.
Il Glasphalt può essere installato utilizzando le stesse attrezzature e procedure convenzionali che si impiegano per un comune conglomerato bituminoso.
Poiché il vetro disperde meno il calore rispetto all’aggregato naturale, il glasphalt si raffredda più lentamente del conglomerato bituminoso tradizionale; di conseguenza si può attendere un tempo maggiore prima di iniziare la compattazione. Dall’altro canto è raccomandato un periodo di attesa di almeno 24 ore prima di aprire la strada al traffico se si impiega del glasphalt.
In base al costo del vetro riciclato nella zona di impiego, possono esserci dei vantaggi economici utilizzando il glasphalt rispetto al tradizionale conglomerato bituminoso
3.2.16 Scintiflex
L’articolo qui di seguito sintetizzato [35] presenta un nuovo tipo di rivestimento, chiamato Scintiflex, dalle particolari proprietà fotometriche, capace di far comparire sfavillii sul suolo grazie a particelle di specchio inserite e mischiate nel rivestimento. L’autore espone le proprietà di questo rivestimento stradale, soffermandosi sul suo lato estetico e in particolare sull’originale animazione luminosa che crea sul suolo.
Scelta della granulometria
Gli studi preliminari sul diametro delle particelle di specchio hanno mostrato che: - al di sotto di 2 mm di dimensione, l'effetto ottico camuffato non presenta che un
minimo interessamento e soprattutto un cattivo rapporto qualità/prezzo;
- al di sopra di 8 mm si ha l'impressione che la superficie della strada manchi di omogeneità perché la distribuzione di questi grandi pezzi è troppo casuale. Inoltre, il vetro-specchio, generalmente poco spesso, si rompe in flessione e rischia di ridursi in piccoli frammenti. Sono state quindi prese in considerazione sia la sezione granulometrica 2/6, sia la 3/8, ritenendo quest'ultima la più efficace.
Studio del dosaggio delle particelle riflettenti
Per quanto riguarda la quantità di particelle di specchio da impiegare nella miscela, l'effetto di scintillio è risultato debole al 10%, ma è apparso sufficiente al 20% e al 30%. È stato dunque preso in considerazione nel seguito questo campo di dosaggio, ma non essendoci un valore richiesto tutto dipende dagli effetti ricercati che possono essere più o meno intensi in funzione dell'obiettivo che si vuole raggiungere. Ovviamente nel seguente studio sono stati verificati gli eventuali effetti negativi come l'abbagliamento che può effettivamente comparire per dei dosaggi elevati di vetro-specchio.
Metodo d'introduzione e di stoccaggio
La frazione di specchio di 3/8 si dosa come tutti i granulati di roccia naturale e non ha nessuna particolarità propria di dosaggio, di stoccaggio o di deflusso del materiale. Non teme né la pioggia, né il sole e non presenta nessuna difficoltà ad essere trasportata con una pala meccanica né ad essere versata in una tramoggia. Questo materiale è da considerare come una semplice roccia vetrificata.
Tipo di legante bituminoso e dosaggio di legante
Anche per questo aspetto, non è stata osservata nessuna particolarità e il rivestimento Scintiflex è utilizzabile in maniera ottimale, purché il bitume sia modificato con fibre o con polimeri.
Al contrario, per tenere conto delle caratteristiche del vetro a livello dell'adesione e della sua superficie particolarmente liscia, il legante deve essere sistematicamente addittivato con attivanti di adesione. Qualche prova di laboratorio ha permesso di
tenuto conto che il vetro-specchio presenta da una parte delle superfici totalmente piatte e spesso parallele, quindi una superficie specifica ridotta, e dall’altra una porosità praticamente nulla.
Tipo di formula granulometrica
Numerose prove hanno permesso di mostrare che l'effetto luminoso è stato migliore nelle miscele chiuse, dove le particelle di vetro sono ben incastrate, piuttosto che nelle miscele aperte. Inoltre, con delle miscele molto porose del tipo drenante, una parte dell'effetto luminoso andava perso per delle evidenti ragioni geometriche.
È stata presa in considerazione una miscela granulometrica da stendere in uno strato molto sottile (da 2 cm a 4 cm di spessore) per delle ragioni evidenti di efficacia, in quanto le particelle dello specchio, non avendo tutte accesso alla superficie del rivestimento, non rendono l'effetto ricercato.
È stata scelta una formulazione con una granulometria fine o media 0/10, 0/6 o anche 0/4, compatibilmente con il fatto che questo tipo di rivestimento non è adatto ad essere applicato su itinerari ad alta velocità.
La Tabella n. 16 presenta i risultati ottenuti tra una formula di rivestimento classica 0/10 e la sua versione Scintiflex.
Caratteristiche Scintiflex Miscela di riferimento
Tipologia inerte Microdiorite Microdiorite
Tipologia miscela Usura 0/10 Usura 0/10
Parametri Composizione granulometrica
Microdiorite 6/10 [%] 50 50 Microdiorite 2/6 [%] - 25 Frammenti di specchi 2/6 [%] 25 - Microdiorite 0/2 [%] 21 21 Filler calcareo [%] 4 4 Bitume 35/50 [%] 5,6 5,8
Attivante di adesione [%] 0,5% del bitume -
Setacci [mm] Granulometria della miscela [%]
10 mm 91 91 6 mm 52 52 4 mm 41 37 2 mm 24 25 0,08 mm 7,9 8,3 Massa volumica [Mg/m3] 2,58 2,63
Giri Prova di compattazione con la pressa giratoria (Norma NF P 98-252)
Vuoti a 10 rotazioni [%] 17,9 19,0
Vuoti a 25 rotazioni [%] 14,5 15,7
Vuoti a 200 rotazioni [%] 7,7 8,8
Parametro Prova Duriez (Norma NF P 98-251-1)
Vuoti idrostatici [%] 7,2 7,5
Rottura r a 18 °C con
immersione in acqua [MPa] 7,9 8,7
Rapporto r/R 0,8 0,9
Parametro Prova d’ormaiamento (Norma NF P 98-253-1)
Ormaiamento a 3000 cicli [mm] 3,3 2,6
TABELLA N. 16 – Confronto tra la miscela Scintiflex ed una di controllo [35]
Caratteristiche
Il vetro incorporato in misura ridotta non altera il valore di aderenza della superficie stradale.
Il comportamento sul luogo e l'esperienza acquisita in due anni in una decina di cantieri differenti non hanno mostrato alcun verificarsi di ferite nel caso di caduta a terra di ciclisti o di bambini. Non sono quindi da temere questo tipo di inconvenienti.
Metodi di fabbricazione e stesura del rivestimento
La produzione del rivestimento Scintiflex si adatta a tutti i tipi di pavimentazione. La particolare pezzatura di specchio 3/8 è dosabile in tramoggia come tutte le frazioni di materiale naturale.
La stesura del rivestimento Scintiflex si effettua con le attrezzature classiche. Sul piano della compattazione, se si desidera far apparire il prima possibile le particelle riflettenti, è particolarmente raccomandato l'utilizzo del compattatore a pneumatici con dispositivo di innaffiamento perché provoca una prima scarificazione del vetro dal bitume, rendendolo immediatamente riflettente.
Le applicazioni possibili
I campi di applicazione sono tutti quelli nei quali si ricerca una funzione utile allo scintillio osservato sia con il sole, sia con l'illuminazione pubblica, sia con i fari dei veicoli.
L'obiettivo generale è diversificare visivamente le zone con Scintiflex da quelle con rivestimento tradizionale. Questo può riguardare diversi usi:
- le strade urbane che si vogliono valorizzare: piazze, pavimentazioni collocate nei dintorni dei monumenti storici o palazzi e ponti prestigiosi;
- i marciapiedi o le zone pedonali; - il rivestimento dei tunnel;
- le zone nelle quali vogliamo attirare l'attenzione dell'automobilista (incroci, rotatorie, bordature delimitanti le curve, etc.);
- le vie riservate ad alcuni utilizzatori o ad alcuni veicoli (piste ciclabili, tram, bus, etc.) e che si differenziano per una visibilità e una segnaletica diversa;
- le strade di città a forte attrazione turistica (strade panoramiche, lungomare, vie che portano a castelli, etc.).
3.3ESPERIENZE SULL’USO DI ROTTAMI DI VETRO ALL’INTERNO DI PAVIMENTAZIONI STRADALI Molti altri Stati e Regioni, oltre a quelli di cui si è fatto cenno stanno studiando o lo hanno gia fatto in passato il glasphalt. Purtroppo non di tutti è stato possibile rintracciare gli studi o i risultati ottenuti. Qui di seguito si riporta un elenco di Stati e Regioni di cui è noto l’impegno ma non le specifiche o gli studi realizzati:
- Australia; - Canada; - East Northamptonshire; - Germania; - Hawaii; - Hong Kong; - Nuova Zelanda; - Sudafrica; - Svezia.
Oltre a questi articoli di carattere generico sull’impiego del glasphalt, sono stati rintracciati cinque studi sperimentali con i dati delle relative prove eseguite e i risultati ottenuti. Qui di seguito si è riportato un sunto di tali sperimentazioni effettuate nel passato recente in varie parti del Mondo ed in Italia.
3.3.1 Virginia
La prima sperimentazione che è stata analizzata è stata realizzata in Virginia [36], diretta da G.W. Maupin, Jr presso il Virginia Transportation Research Council, in cooperazione con il U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration nel Marzo del 1998; la ricerca era finalizzata a testare la massima percentuale di vetro da inserire all’interno di miscele stradali senza sacrificare la resistenza allo spogliamento.
Tale studio è stato commissionato dallo Stato della Virginia, poiché si afferma che, in tale area, è consentito l’uso di vetro riciclato all’interno delle miscele stradali in percentuale non superiore al 15% senza però avere dati oggettivi che legittimino una tale consuetudine.
La problematica che gli autori del presente articolo si sono posti di analizzare è stato appunto il rischio di spogliamento o “stripping” dei granuli di vetro in quanto più lisci dei classici granuli di inerte.
Per la sperimentazione è stato impiegato del vetro riciclato normalmente utilizzato per le strade della Virginia, senza un’ulteriore frantumazione, avente diametro massimo di 9,5 mm. Sono state testate due miscele per lo strato di usura, una risultante da precedenti
prove insensibile a problemi di stripping ed una invece in cui tali problemi si erano manifestati.
La prova che è stata scelta per verificare l’influenza del vetro sul fenomeno di stripping è stato il rapporto di resistenza a trazione indiretta (TSR) secondo la norma AASHTO T238.
Le due miscele sono state testate inserendo il vetro in percentuali dello 0%, del 5%, del 12% e del 20%, una volta senza aggiunta di attivanti dell’adesione, una volta inserendo un additivo di tipo chimico ed una volta inserendo calce idrata.
Il vetro è stato inserito in sostituzione di un’equivalente frazione di inerti, scelta ogni volta caso per caso, in maniera tale da mantenere il più possibile costante la granulometria originaria e soprattutto non modificando la frazione sabbiosa.
La prova è stata eseguita su provini non condizionati che su provini sottoposti ad immersione in acqua per entrambe le miscele, su tutte e quattro le percentuali di vetro, con attivanti dell’adesione e non. Per ogni combinazione sono state effettuata due prove per un totale di 384 provini testati.
Qui di seguito in Tabella n. 17 sono state riportate le granulometrie delle due miscele e la percentuali di vetro e di bitume impiegate.
Setacci [mm] Passante Miscela 1 [%] Passante Miscela 2 [%]
19,0 - 100 12,5 100 98 9,5 93 87 4,75 60 62 2,36 42 45 1,18 28 32 0,60 20 22 0,30 14 12 0,15 9,0 7,5 0,075 5,5 5,5 Vetro [%] 0 5 12 20 0 5 12 20 Bitume [%] 4,75 5,0 4,9 4,8 5,7 5,7 6,0 5,9
TABELLA N. 17 – Granulometria delle due miscele testate e percentuale di bitume e vetro inserito [36]
Qui di seguito sono stati riportati i risultati delle prove effettuate sia per la miscela 1 che 2.
Miscela 1 (Senza problemi di spogliamento)
Nessun Additivo Additivo Chimico Calce Idrata
Vetro [%] Test #1 [%] Test #2 [%] Test #1 [%] Test #2 [%] Test #1 [%] Test #2 [%]
0 0,73 0,82 0,90 0,93 0,86 0,83
5 0,70 0,73 0,88 0,88 0,85 0,90
12 0,74 0,67 0,84 0,78 0,82 0,84
20 0,70 0,65 0,75 0,75 0,88 0,88
TABELLA N. 18 – Risultati della prova TSR per la miscela 1 [36]
Visualizzando i dati in forma grafica (Figura n. 13), è stato osservato che la miscela senza additivo e quella con additivo chimico, hanno avuto una lieve diminuzione dei valori del TSR medio all’aumentare della percentuale di vetro.
FIGURA N. 13 – Valori medi del TSR al variare della percentuale di vetro per la miscela 1 [36]
La miscela con calce idrata non ha mostrato un significativo cambiamento all’aumentare della percentuale di vetro.
La Figura n. 14 mostra l’effetto dell’aumentare di vetro sui valori della tensione “asciutta”. La media della tensione “asciutta” è diminuita fino al 5% di vetro e poi è rimasta costante fino al 20%.
FIGURA N. 14 – Media dei valori di resistenza a trazione indiretta “asciutta” per la miscela 1 [36]
La media della tensione “bagnata” (Figura n. 15) ha mostrato una graduale diminuzione all’aumentare della percentuale di vetro fino al 12%. Da questo punto in poi, la tensione indiretta della miscela con calce idrata è sembrata aumentare fino al 20% di vetro, mentre le miscele senza additivo e con additivo chimico hanno continuato con l’andamento precedente. Inoltre la differenza tra la tensione “bagnata” delle miscele senza additivo e con additivo chimico è risultata elevata.
Miscela 2 (Con problemi di spogliamento)
Nella Tabella n. 19 sono stati riassunti i singoli valori di TSR per la miscela 2 mentre nelle Figure n. 16, 17 e 18 è mostrato l’andamento del TSR, della resistenza a trazione indiretta “asciutta” e della resistenza a trazione indiretta “bagnata”.
Nessun Additivo Additivo Chimico Calce Idrata
Vetro [%] Test #1 [%] Test #2 [%] Test #1 [%] Test #2 [%] Test #1 [%] Test #2 [%]
0 0,67 0,78 0,87 0,84 0,83 0,93
5 0,79 0,73 0,84 0,93 0,85 0,86
12 0,75 0,67 0,75 0,96 0,88 0,80
20 0,72 0,71 0,84 0,77 0,85 0,88
TABELLA N. 19 – Risultati della prova TSR per la miscela 2 [35]
FIGURA N. 16 – Valori del TSR al variare della percentuale di vetro per la miscela 2 [36]
Le miscele sia con additivo chimico che con calce idrata hanno prodotto valori medi di TSR approssimativamente il 15% maggiori che nel caso senza additivo per ogni concentrazione di vetro. I risultati con calce idrata hanno mostrato gli stessi cambiamenti di TSR al variare delle concentrazioni di vetro, così come è accaduto nella miscela 1. Questo risultato ha indicato che la calce idrata è stata in grado di garantire un certo livello di resistenza allo spogliamento in maniera più efficace. La media dei valori di tensione “bagnata” con calce idrata è risultata significativamente più elevata di quella sia senza additivo che, per percentuali superiori al 10%, di quella con additivo chimico.
FIGURA N. 17 – Media dei valori di resistenza a trazione indiretta “asciutta” per la miscela 2 [36]
FIGURA N. 18 – Media dei valori di resistenza a trazione indiretta “bagnata” per la miscela 2 [36]
La miscela 1 ha mostrato un leggero decremento dell’indice TSR all’aumentare della percentuale di vetro, mentre la miscela 2 non ha mostrato il solito andamento. Probabilmente, il vetro ha contribuito in maniera più sostanziale allo sviluppo della resistenza a trazione indiretta nella miscela 1 piuttosto che nella 2.
Al 20% di vetro, il valore medio della resistenza a trazione “bagnata” della miscela con attivante chimico è stato significativamente più basso dello stesso valore con calce idrata sia per la miscela 1 che 2.
Le conclusioni riportate in questo studio basate sul presupposto che l’indice TSR sia un affidabile indicatore dello spogliamento in sito sono state:
1) a causa dell’elevata percentuale di superfici lisce presenti nel vetro, l’autore si aspettava un più profondo effetto sullo spogliamento rispetto a quello osservato
2) la prova del TSR non ha individuato un significativa variazione fintanto che il vetro viene aggiunto in percentuali del 12% o inferiori;
3) al 20% di vetro è stata riscontrata una sostanziale differenza tra gli effetti dell’additivo chimico e della calce idrata con un maggiore effetto benefico della seconda sul primo;
4) un livello del 15% di vetro è sembrato genericamente accettabile e può quindi essere utilizzato per le pavimentazioni di usura impiegate in questo studio;
5) la massima percentuale di vetro utilizzabile può risultare differente per altre tipologie di miscele e particolarmente per altre frazioni di vetro.
3.3.2 Cina
Un altro importante studio è stato realizzato in Cina [37], diretto da Shaopeng Wu, Wenfeng Yang & Yongjie Xue presso il Key Laboratory for Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education, Wuhan University of Tecnology, nel 2002; la ricerca era finalizzata a testare il possibile impiego di vetro nelle miscele stradali per dare così una soluzione allo smaltimento delle scorie di vetro evitandone quindi lo stoccaggio in discarica.
Per lo studio è stato utilizzato del vetro frantumato avente diametro massimo di 4,75 mm. È stato specificato appositamente che non è stato impiegato vetro con diametro superiore poiché si è voluto minimizzare il numero di particelle con superficie liscia e di forma appiattita imputate di influenzare negativamente la prova di rottura indiretta dopo immersione in acqua.
È stata testata un’unica miscela di tipo usura al 4,8% di bitume e 4,0% di vuoti con inserimento di vetro frantumato in percentuali dello 0%, 5%, 10% e 20%, senza additivi, con l’aggiunta di un additivo chimico e con l’aggiunta di calce idrata.
Le curve granulometriche del vetro e della miscela utilizzate sono state riportate rispettivamente nelle Figura n. 19 e 20:
FIGURA N. 19 – Curva granulometrica delle particelle di vetro impiegate nella sperimentazione [37]
FIGURA N. 20 – Curva granulometrica della miscela tipo usura impiegata nella sperimentazione e relativo fuso limite [37]
Le prove eseguite sono state: - prova Marshall;
- resistenza a trazione indiretta;
- prova di rottura (AASHTO T0703-1993 e T0719-1993); - stabilità residua (AASHTO T0709-2000 e T0729-2000); - prova di rottura con immersione in acqua (prova Hamburg).
Prova Marshall e tensione indiretta Ammontare di vetro aggiunto [%] Massima densità teorica [Mg/m3] Vuoti [%] Stabilità Marshall [kN] ITS [N/mm2] 0 2,530 4,13 13,76 0,846 5 2,521 4,19 13,32 0,775 10 2,514 4,16 12,72 0,733 15 2,503 4,22 11,69 0,637 20 2,496 4,25 11,13 0,594
TABELLA N.20 – Risultati della prova Marshall e di trazione indiretta [37]
FIGURA N. 21 – Stabilità Marshall al variare della percentuale di vetro [37]
FIGURA N. 22 – Resistenza a trazione indiretta al variare della percentuale di vetro [37]
Sono stati osservati diversi cambiamenti all’aumentare della percentuale di vetro sostituita alla miscela originaria: una diminuzione della massima densità teorica dovuta
(2,506 Mg/m3 contro 2,736 Mg/m3), un aumento dei vuoti e una diminuzione similare della stabilità Marshall e della resistenza a trazione indiretta.
Prova di rottura (AASHTO T0703-1993 e T0719-1993)
Vetro sostituito [%] 0 5 10 15 20
Stabilità dinamica [sec/mm] 1436 1412 1357 1216 1058
TABELLA N. 21 – Stabilità dinamica della miscela di glasphalt con differenti percentuali di vetro [37]
La prova di rottura è stata utilizzata per testare la stabilità dinamica e la stabilità ad elevate temperature.
Nell’articolo si è affermato che la stabilità dinamica ad alta temperatura è diminuita all'aumentare della sostituzione del vetro. Non sono state però osservate particelle di vetro rotte sulla superficie di separazione del provino al termine della prova. Sulla superficie di vetro è stato osservato un sottile strato di legante. L'eccellente spigolosità e l’elevato angolo di attrito dei frammenti di vetro hanno avuto un effetto positivo, migliorando la resistenza a temperature elevate e conseguentemente il calo della stabilità dinamica non è stato notevole.
Stabilità residua (AASHTO T0709-2000 e T0729-2000)
FIGURA N. 23 – Stabilità residua e rapporto di variazione al variare della percentuale di vetro [37]
La stabilità residua è scesa al di sotto del livello del 75%, all’aumentare del vetro fino al valore limite del 15%. La tendenza decrescente del rapporto di variazione (splitting ratio) è stata simile a quella della stabilità residua. Tuttavia, il rapporto è stato sempre inferiore alla stabilità residua con la stessa quantità di vetro in sostituzione. I risultati hanno indicato che con la sostituzione del vetro, la stabilità “bagnata” della miscele di asfalto è diminuita. La debole adesione tra bitume e la superficie del vetro non è stata capace di far fronte alla duplice azione delle alte temperature e dell’acqua. È stato
affermato che è necessario quindi migliorare la capacità di resistenza all’acqua mediante l'introduzione di misure anti-spogliamento.
Prova di rottura con immersione in acqua (prova Hamburg) Ammontare di vetro aggiunto [%] Ormaiamento [mm] Carico di spogliamento [g] Osservazioni 0 9,80 15,6 5 10,6 23,4 10 13,6 49,5 15 15,0 88,7 20 13,7 230,3
a) un provino si è rotto per una deformazione di 13,7
mm
b) la massima deformazione consentita era di 15 mm
TABELLA N. 22 – Risultati della prova di ormaiamento con immersione in acqua [37]
La prova di ormaiamento con immersione in acqua è riconducibile all’apparecchio “Hamburg Wheel-Tracking”, sviluppato dalla Esso AG nel 1970 ad Amburgo, Germania. La prova misura i danni da ormaiamento in seguito al rotolamento di un pneumatico in una direzione ed in quella opposta sulla superficie del conglomerato bituminoso immerso in acqua calda.
I dati hanno indicato che la deformazione permanente e la perdita di ricoprimento di bitume aumentano con l'aumento del tasso di sostituzione del vetro. In base alla Figura n. 24, il totale dei tempi di carico e le deformazioni sono variati con la sostituzione del vetro; i campioni con più elevato contenuto di vetro si sono rotti, raggiungendo la massima deformazione di 15 millimetri, solo dopo un breve periodo di tempo.
FIGURA N. 24 – Curve derivanti dalla prova di ormaiamento con immersione in acqua [37]
Questo ha testimoniato il cattivo effetto che la sostituzione del vetro ha avuto sulla stabilità “bagnata”, per cui è stata espressa l’indicazione di ricercare necessariamente delle contromisure per migliorare tale caratteristica del glasphalt.
Alcuni additivi, come ad esempio la calce idrata e agenti liquidi anti-spogliamento, sono stati frequentemente utilizzati nel passato per migliorare la stabilità “bagnata” di
miscele bituminose. Il dosaggio del liquido anti-spogliamento è stato inserito nel valore dello 0,4% in peso del bitume, mentre la calce idrata è stata aggiunta pari al 2% del peso secco degli inerti.
Il successivo studio ha mirato a stabilire l'effetto di un’aggiunta del 10% di vetro sulla stabilità “bagnata”.
Nella Tabella n. 23 sono stati mostrati i risultati della prova di stabilità Marshall e del rapporto di stabilità con l’aggiunta di diversi tipi di additivi.
La capacità di resistere ai danni in acqua è stata evidentemente migliorata. L’additivo antistripping è stato più efficace rispetto alla calce idrata. Gli indici di rendimento sono stati più o meno uguali prima e dopo un breve periodo di affinamento tra il glasphalt e il liquido antistripping.
Additivi Stabilità residua
[%]
Rapporto di variazione [%]
nessuno 79,1 73,4
2% di calce idrata 91,4 87,3
prima della stagionatura 92,3 89,7
0,4% di liquido
antispogliamento dopo la stagionatura 91,7 89,4
TABELLA N. 23 – Effetti della calce idrata e del liquido antispogliamento sull’indice di stabilità “bagnata” [37]
Queste influenze sono state anche dimostrate da prove di ormaiamento con immersione in acqua. I risultati sono mostrati in Figura n. 25.
FIGURA N. 25 – Effetto degli additivi sulla prova di ormaiamento con immersione in acqua [37]
L’aggiunta di additivi ha notevolmente migliorato la situazione inoltre, osservando le superfici di rottura prima e dopo l’aggiunta di additivi, si è potuto notare che solo nel secondo caso tutti gli inerti e tutte le particelle di vetro risultavano interamente ricoperti da uno strato di bitume.
Il test ha dimostrato che l'applicazione nel glasphalt di additivo antistripping liquido e di calce idrata sono stati utili per migliorare la resistenza al danno dovuto all’acqua con risultati leggermente migliori del primo rispetto alla seconda.
Dallo studio appena riportato sono state estratte le seguenti conclusioni:
1) il vetro riciclato può essere utilizzato nei conglomerati bituminosi con la dimensione massima di 4,75 millimetri e con un tasso di sostituzione ottimale del 10%;
2) le prestazioni come l’indice di resistenza, la stabilità alle alte temperature e la stabilità “bagnata” sono rientrate negli standard minimi;
3) la stabilità “bagnata” del glasphalt può essere migliorata con l’introduzione di additivi;
4) l’additivo antispogliamento liquido è risultato più efficace rispetto alla calce idrata.
3.3.3 Taiwan
La terza sperimentazione analizzata è stata realizzata a Taiwan [38], diretta da Nan Su e J.S. Chen presso il Department of Construction Engineering, National Yunlin University of Science and Technology, nel Gennaio del 2002; la ricerca era finalizzata a stabilire una determinata procedura per il riciclo del vetro.
Taiwan è un’isola molto popolosa con una forte presenza di attività industriali. Ogni anno si producono milioni di tonnellate di rifiuti e il problema dello smaltimento sta divenendo critica. Le autorità hanno cercato, con questo studio, di trovare una possibile soluzione nel campo stradale al reimpiego del vetro frantumato pari ad un 10% della produzione annua di rifiuti.
È stata testata un’unica miscela di conglomerato bituminoso di tipo binder con diametro massimo dell’aggregato di 20 mm, avente la seguente curva granulometrica (Figura n. 26).
FIGURA N. 26 – Curva granulometrica della miscela tipo binder utilizzata per la sperimentazione [38] Il vetro che è stato impiegato in questo studio proveniva dalla raccolta differenziata eseguita a Taiwan e successivamente è stato frantumato in maniera tale da essere totalmente passante al setaccio dei 4,75 mm, con la seguente curva granulometrica (Figura n. 27).
FIGURA N. 27 – Curva granulometrica del vetro tutto passante al setaccio dei 4,75 mm [38]
Il vetro impiegato nella sperimentazione aveva un peso specifico di 2,54 Mg/m3. La miscela è stata testata su quattro percentuali di vetro, 0%, 5%, 10% e 15%, con bitume 85/100 e bitume modificato e con l’aggiunta fino ad un 3% di calce idrata.
La sostituzione dell’inerte con il vetro è stata effettuata in maniera tale da lasciare inalterata la curva granulometrica originaria.
Le prove sono state eseguite in parte in laboratorio ed in parte in sito e sono state: - contenuto ottimale di bitume con la procedura Marshall;
- stabilità; - permeabilità;
- retroriflessione della luce; - resistenza allo scivolamento;
- valutazione delle prestazioni ad un anno dall’apertura al traffico. Contenuto ottimale di bitume con la procedura Marshall
I dati dei test hanno dimostrato che il contenuto di legante ottimo per una miscela, ricercato tramite la progettazione Marshall, varia in relazione alla quantità di vetro riciclato utilizzato. Miscele che contengono più vetro hanno richiesto meno bitume. La Figura n. 28 ha confermato questa osservazione, giustificata dal basso tasso di assorbimento di acqua/bitume del vetro a causa della sua caratteristica superficie impermeabile.
È stata notata una diminuzione dello 0,3% di bitume per l’85/100 e dello 0,1% per il bitume modificato.
FIGURA N. 28 – diminuzione della percentuale di bitume ottima all’aumentare del vetro per bitume 85/100 e modificato [38]
Stabilità di provini bagnati e asciugati
Una serie di provini, realizzati in conformità con la AASHTO T245, sono stati sottoposti ad immersione in acqua per 4 giorni e successivamente rimossi ed asciugati ad aria secca per 24 h. I campioni essiccati (10,4 cm di diametro e 6,35 cm di altezza) sono stati poi sottoposti alle prove di stabilità per determinare il massimo sforzo resistente. In Figura n. 29 sono stati riportati i valori della stabilità misurata sui provini realizzati con aggiunta di vetro riciclato dallo 0% al 15% e inserimento di calce idrata dallo 0% al 3%.
È stato notato che all’aumentare della percentuale di vetro si è verificata una modesta diminuzione di prestazioni mentre l’aggiunta di calce idrata ha avuto un benefico effetto con un picco di efficienza al 2% di concentrazione.
Due gruppi di provini realizzati secondo il metodo standard AASHTO T245 sono stati posti in forno alla temperatura controllata di (60 ± 1) °C rispettivamente per 10 e 20 giorni consecutivi. I valori della stabilità dei due gruppi insieme ai provini di controllo senza invecchiamento in forno sono stati riportati in Figura n. 30.
Con lo stesso scopo sono stati realizzati dei provini per essere sottoposti a cicli di immersione in acqua e asciugatura. Ancora una volta, i provini sono stati realizzati in conformità con il metodo standard della AASHTO T245, mettendoli in forno a temperatura controllata di 60 °C per 12 h e poi rimossi e sommersi in acqua per altre 12 h. I due gruppi di campioni sono stati sottoposti a tali cicli secco-umido di 24 h, per 10 e per 20 giorni, rispettivamente. I dati misurati, compresi i campioni di riferimento, sono stati riportati in Figura n. 31.
FIGURA N. 29 – Valori della stabilità del conglomerato bituminoso con vetro e calce idrata dopo quattro giorni di immersione in acqua [38]
FIGURA N. 30 – Valori di stabilità del conglomerato bituminoso con vetro e calce idrata soggetti ad invecchiamento in forno a 60 °C [38]
È stata notata una progressiva diminuzione delle prestazioni, anche se minima, all’aumentare della percentuale di vetro, senza particolare influenza da parte del ciclo di invecchiamento accelerato in forno o dei cicli di secco-umido.
A causa del basso tasso di assorbimento di bitume da parte dei granuli di vetro, è stato ritenuto che si sia formato un sottile rivestimento di legante sulle superfici con il risultato di stabilire una debole forza vincolante lungo le interfacce tra i frammenti di vetro. Come regola empirica, è stato affermato che il glasphalt ha una resistenza di collegamento più debole rispetto al conglomerato bituminoso tradizionale.
Le carenze dovute alla presenza del vetro possono essere corrette e migliorate tramite l'aggiunta alla miscela di calce idrata. I risultati del test di stabilità Marshall hanno mostrato che l’impiego di calce idrata ha prodotto una resistenza alle deformazioni più forte. In vista di un impiego dei rifiuti di vetro nella costruzione di strade, è stato consigliato il 2% di calce in grado di offrire sia vantaggi ingegneristici che economici.
È stato osservato che il grado di deformazione e il processo di invecchiamento aumentano all’aumento del contenuto di vetro. È stato notato che il valore di stabilità del conglomerato con aggiunta di vetro è aumentato gradualmente fino a 10 giorni di riscaldamento ed è diminuito lentamente successivamente, come è stato mostrato nella precedente Figura n. 30.
Permeabilità
Le prove di permeabilità sono state condotte su carote estratte dalla pavimentazione in due campi prova situati in siti diversi, Autostrada 156 e Autostrada 158. Ogni sito di prova è stato realizzato con diversi conglomerati bituminosi prodotti con 0%, 5%, 10%, e 15% di vetro. Queste prove sono state effettuate seguendo lo standard giapponese JIS A1218. La prova è stata pensata per misurare la quantità di acqua che passa attraverso la sezione di base del provino in un certo periodo di tempo. Nella Tabella n. 24 sono stati elencati i coefficienti di permeabilità calcolati sulla base dei dati misurati. I risultati ottenuti hanno indicato che la permeabilità è aumentata all’aumentare della quantità di vetro riciclato utilizzato e che è risultata inferiore a 1,0x10-2 cm/sec come raccomandato dal
SIC A1218.
Media delle misure di permeabilità [cm/sec] Contenuto di vetro riciclato
[%] Autostrada 156 Autostrada 158
0 1,66 x 10-3 1,06 x 10-3
5 3,34 x 10-3 2,24 x 10-3
10 4,77 x 10-3 3,91 x 10-3
15 6,27 x 10-3 4,84 x 10-3
TABELLA N. 24 – Valori di permeabilità del conglomerato bituminoso di sezioni sperimentali [38]
ricavati da carote estratte dalle sezioni di prova. Ancora una volta, è stata utilizzata la procedura Marshall standard per misurare la stabilità dei provini realizzati con bitume 85/100 e modificato (Figura n. 32). La compatibilità è stata determinata dividendo il peso specifico dei provini carotati in sito e quello di un provino realizzato in laboratorio (Tabella n. 25).
FIGURA N. 32 – Valore della stabilità di provini carotati da pavimentazioni realizzate con bitume 85/100 e modificato [38]
Media del grado di compattazione [%] Contenuto di vetro
riciclato [%] Bitume 85/100 Autostrada 156 Bitume modificato Autostrada 158
0 97,68 98,36
5 98,48 97,92
10 98,17 97,86
15 97,95 98,48
TABELLA N. 25 – Media dei valori di compattazione dei provini di conglomerato bituminoso con vetro [38]
I valori di stabilità sono diminuiti rispetto all’aumentare del volume di vetro contenuto. Confrontando la resistenza del conglomerato in presenza delle due diverse tipologie di legante, si è constatato che il valore della stabilità ottenuto ricorrendo a bitume modificato è di circa il 33% più elevato di quello raggiunto impiegando bitume normale. Tuttavia, i valori di stabilità per entrambi i casi sono risultati molto superiori al valore minimo di 7 kN, come richiesto dalla procedura di prova secondo la norma Marshall.
Retroriflessione della luce
Sono stati attrezzati e utilizzati per la prova tre siti; uno con una superficie di 140 m2 e due di 510 m2, forniti dal Dipartimento di Ingegneria Autostradale. Nel primo sito di prova è stato impiegato il 10% di vetro, mentre gli altri due sono stati costruiti con percentuali di vetro dello 0%, 5%, 10%, e 15% e un contenuto di bitume del 5,32%, 5,20%, 5,05% e 5,00%, rispettivamente. I due siti più grandi sono stati designati per la prova di stabilità,
della retroriflessione della luce e di aderenza; tali prove sono state effettuate in conformità con lo standard Marshall prova ASTM D1559, AASHTO T245-97, con la norma nazionale cinese CNS 4346, e la procedura di prova ASTM E303, rispettivamente. In Tabella n. 26 sono stati riassunti i valori misurati della retroriflessione della luce, mentre nella Tabella n. 27 sono stati elencati i dati misurati di aderenza per carote prelevate dalle Autostrada 156 (bitume 85/100) e Autostrada 158 (bitume modificato).
Retroriflessione della luce [mcd/lx/m2] Contenuto di vetro riciclato
[%] Autostrada 156 Autostrada 158
0 0,00 0,00
5 14,63 14,09
10 16,23 14,90
15 17,84 16,67
TABELLA N. 26 – Valori medi di retroriflessione della luce [38]
I valori di intensità di retroriflessione della luce, ottenuti da prove stradali in notturna, aumentano rispetto alla quantità di vetro usato. Ai fini di avere un valore di riferimento, l'intensità della retroriflessione della linea bianca che divide la carreggiata è di 200 mcd/lx/m2, che è ovviamente molto più forte dell’intensità misurata di 14,09-17,84
mcd/lux/m2 del conglomerato bituminoso con vetro. È noto che l’intensità di
retroriflessione aumenta man mano che la carreggiata aumenta di età e ciò è attribuito al continuo logorio della superficie stradale. Una buona retroriflessione può migliorare la visibilità della carreggiata e rendere più sicure le condizioni di guida per gli utenti.
Resistenza allo scivolamento
La resistenza allo scivolamento del conglomerato bituminoso dipende in gran parte dai materiali utilizzati, dalla qualità di costruzione, dall’età della carreggiata, dalle condizioni di bagnato/asciutto, dalla rugosità della superficie, dall’aderenza dei pneumatici e altro. Lo strumento di verifica utilizzato in questo progetto è stato il British Skid Test portatile. Il metodo di prova ha seguito la ASTM E303. L'indagine ha concluso che la resistenza allo scivolamento in entrambe le direzioni, longitudinale e trasversale, è aumentata all’aumentare della percentuale di vetro impiegata (Tabella n. 27).
Autostrada 158
Bitume 85/100 Bitume modificato
Asciutto Bagnato Asciutto Bagnato Contenuto di vetro riciclato [%] L T L T L T L T 0 84,4 87,4 42,6 44,6 85,4 88,8 45,4 47,2 5 85,6 88,2 45,2 47,0 88,2 93,8 43,6 48,2 10 89,6 92,0 48,0 51,4 98,8 101,2 50,0 53,2 15 95,2 98,0 53,8 57,2 99,6 103,0 53,8 57,2
È stato concluso che l’utilizzo di vetro nei conglomerati bituminosi ha fornito il vantaggio di aumentare fisicamente la resistenza allo scivolamento delle ruote rendendo la guida più sicura nei giorni di pioggia.
Valutazioni delle prestazioni ad un anno dall’apertura al traffico
Autostrada 156 Autostrada 158 Tipologia di prova Pavimentazio ne nuova Pavimentazio ne dopo un anno Pavimentazio ne nuova Pavimentazio ne dopo un anno
Retroriflessione della luce [mcd/lx/m2] 16,23 18,77 14,90 18,74
Resistenza allo scivolamento, R20 48,0 51,6 50,0 51,2
Grado di compattazione [%] 98,4 98,8 97,9 98,4
Permeabilità [x 10-3cm/sec] 4,77 2,08 3,91 1,02
Deflessione [1/1000 cm] 41 45 41 68
TABELLA N. 28 – Confronto tra i valori delle prestazioni della pavimentazione con il 10% di vetro tra il momento di apertura al traffico e dopo un anno di esercizio [38]
La Tabella n. 28 ha indicato che sulle strade con vetro riciclato la retroriflessione di luce e la resistenza al scivolamento della superficie di conglomerato bituminoso, ad un anno dall’apertura al traffico, sono stati superiori a quelli del manto stradale nuovo. Questo è accaduto perché i granuli di vetro sulla superficie della pavimentazione sono stati progressivamente esposti a causa dell’abrasione dei pneumatici. La pavimentazione di vetro riciclato ha mostrato sia una maggiore retroriflessione della luce di notte sia una maggiore resistenza allo scivolamento in giornate di pioggia, migliorando la sicurezza delle manovre dei veicoli.
Dopo un anno di utilizzo, il grado di compattazione della superficie di conglomerato bituminoso è risultato più elevato mentre la permeabilità più bassa rispetto a quella delle superfici nuove. La deformazione della pavimentazione (asta di Benkelman) risultante dall'applicazione di un noto traffico dopo un anno di impiego è risultata più grande di quella della pavimentazione nuova.
La sezione di prova con il 10% di vetro riciclato, dopo un anno di utilizzo ha mostrato buone prestazioni (non frantumazione dei granuli di vetro, non ormaiamento, salvo piccole fessure sulla superficie), così come nel caso di assenza di vetro riciclato.
Dallo studio appena riportato sono state estratte le seguenti conclusioni:
1) adeguatamente frantumato il vetro può essere utilizzato per sostituire l’aggregato in una miscela di conglomerato bituminoso;
2) i valori di stabilità del conglomerato con aggiunta del 5-15% di vetro sono risultati inferiori a quelli del conglomerato senza aggiunta di vetro, ma rientrando ben entro il limite specificato nel relativo capitolato;
3) l’aggiunta di un adeguato apporto di calce, circa il 2% in peso, ha fatto sì che siano aumentati i valori di stabilità del conglomerato bituminoso;
4) il conglomerato bituminoso con aggiunta di vetro riciclato ha prodotto un’adeguata retroriflessione di luce migliorando la visibilità notturna;
5) i dati ottenuti dalla sperimentazione sui provini carotati dal campo prove hanno mostrato bassa permeabilità e un coefficiente di attrito superiore, entrambi positivi per la sicurezza stradale;
6) in tutti i campi prova, i test eseguiti a distanza di un anno hanno fornito risultati estremamente positivi.
3.3.4 Florida
La quarta sperimentazione analizzata è stata realizzata in Florida [39], diretta da Kenneth H. Murphy, Randy C. West e Gale C. Page presso il Department of Transportation, State Material Office, nell’Aprile del 1991; la ricerca era finalizzata a stabilire la possibilità di impiego di vetro riciclato in sostituzione di una porzione di aggregato fine nei conglomerati bituminosi.
Lo stato della Florida ha commissionato questo studio al fine di verificare l’impiego di vetro riciclato in sostituzione di una parte degli inerti naturali per abbassare i costi di produzione delle strade e dello smaltimento dei rifiuti.
È stata testata un’unica miscela, generalmente impiegata nell’area di Miami per lo strato di usura, realizzata con l’8% di bitume tipo AC-30 in cui è stato inserito il vetro in percentuale del 15% una volta in sostituzione della frazione medio-fine ed una volta della frazione fine. Inoltre, è stata testata l’aggiunta di liquido antispogliamento in valore dello 0,5% in peso del bitume. Il vetro è stato sostituito in entrambi i casi alla sabbia fine “limestone screenings”.
Qui di seguito sono state riportate le curve granulometriche della miscela base e le due con diversa tipologia di vetro (Tabelle n. 29, 30, 31).
Le prove eseguite sono state: - prova Marshall;
- tensione indiretta;
- prova di bollitura (AASHTO T0703-1993 e T0719-1993); - stabilità residua (AASHTO T0709-2000 e T0729-2000); - prova di rottura con immersione in acqua (prova Hamburg).
